Надвиг Льюиса — это геологическая структура сброса Скалистых гор , обнаруженная в пределах граничащих национальных парков Глейшер в Монтане , США и Уотертон-Лейкс в Альберте , Канада. Структура была создана в результате столкновения тектонических плит около 59-75 миллионов лет назад, которое продвинуло клин докембрийской породы толщиной в несколько миль на 50 миль (80 км) на восток, заставив его залегать на более мягкой породе мелового возраста, которая на 1300-1400 миллионов лет моложе.
Декольман можно увидеть с перевала Мариас как тонкую желтовато-коричневую линию скал примерно на полпути к вершинам Саммит-Маунтин и Литл-Дог- Маунтин .
Канадский форлендский надвиговый и складчатый пояс Скалистых гор представляет собой сужающийся на северо-восток деформационный пояс, состоящий из мезопротерозойских , палеозойских и мезозойских слоев. Надвиговый покров Льюиса является одной из основных структур форлендского надвига и складчатого пояса, простирающегося более чем на 280 миль (450 км) от горы Кидд около Калгари, Альберта, в Юго-Восточной Канадской Кордильере до горы Стимбот, расположенной к западу от Грейт-Фолс, северо-запад Монтаны в Соединенных Штатах. [1] [2] Надвиг Льюиса дает научное представление о геологических процессах, происходящих в других частях мира, таких как Анды и Гималайские горы .
Начало кордильерского орогенеза началось в среднеюрское время в результате распада Пангеи и движения североамериканской плиты к зонам субдукции на западной окраине. [3] Большая часть Канадских Кордильер сегодня состоит из многочисленных тектоностратиграфических террейнов , которые были аккретированы к стабильной окраине Северной Америки с юрского по раннетретичный период в результате дрейфующих на восток и север островных дуг, которые столкнулись с континентальной литосферой Северной Америки. [4] Эти террейны были аккретированы из-за того, что верхнекоровые породы были отделены от более плотной нижнекоровой и прототихоокеанской верхней мантийной литосферы, которая была субдуцирована под североамериканский кратон. [5] Аллохтонные верхнекоровые террейны были наложены друг на друга и на западной окраине североамериканского кратона вдоль системы взаимосвязанных, северо-восточных и юго-западных крупных сбросовых разломов . [5]
Начало деформации складчато -надвигового пояса Скалистых гор было вызвано коллизионными тектоническими силами, которые возникли на западном краю Североамериканского кратона. Этот надвигово-складчатый пояс был поднят к востоку от Канадских Кордильер и образовался между средней юрой и ранним эоценом в пределах сужающегося к востоку клина мезопротерозойских и раннекайнозойских осадочных пород, которые отложились в осадочном бассейне Западной Канады. [6] Глубокое несогласие отделяет осадочный чехол от архейской до палеопротерозойской кристаллической коры Северной Америки. [6] Этот надвигово-складчатый пояс имеет тонкослойную геометрию, на что указывает массив надвиговых разломов, которые чередуются и перекрываются вдоль простирания и пересекают слои под низким или умеренным углом, которые выравниваются с глубиной, повторяют ту же стратиграфию кембрия-триаса от надвигового слоя до надвигового слоя и сливаются в общий базальный деколлемент , базальный деколлемент Скалистых гор. [7] Пояс складок и надвигов Скалистых гор распространялся с запада на восток, вмещая до 120 миль (200 км) горизонтального сокращения вблизи границы Канады и США и около 43 миль (70 км) в северных частях Британской Колумбии и Монтаны. Восточная граница пояса складок и надвигов отмечена самыми восточными деформированными пластами, известными в обнажении и/или в недрах. Поскольку пласты, подстилающие равнины Альберты, имеют пологое падение, трудно определить край деформации на этой стороне пояса. С западной стороны Скалистые горы ограничены желобом Скалистых гор , где желоб интерпретируется как залегающий над западными, опущенными блоками крупных нормальных разломов, которые отделяют южные Скалистые горы от гор Перселл . [6]
Горизонтальное сокращение тонкослойных осадков, лежащих над сбросом отрыва из-за тектонической конвергенции, должно компенсировать это горизонтальное сокращение и было сделано путем образования крупных сбросов с большим смещением, крупнейшим из которых является сброс Льюиса. Сдвиговые пластины, вовлеченные в канадский сдвиговый и складчатый пояс Скалистых гор, состоят из разновозрастных слоев, указывающих на значительную деформацию с течением времени. Доминирующая структура деформационного пояса представляет собой серию сбросов, которые в основном являются листрическими и северо-восточными или восточным вергированием. Эти сбросы следуют за длинными параллельными отрывами напластования, разделенными пандусами. В результате образуется серия вышележащих сдвиговых пластин, которые следуют за связанными с ними сбросовыми отрывами. Кроме того, существует падающий на запад базальный отрыв, который простирается в метаморфическое ядро Кордильер на уровнях средней коры. Считается, что слои из различных сред осадконакопления были соскоблены с подстилающего североамериканского кратона и аккрецированы к перекрывающему межгорному террейну во время конвергенции тектонических плит в поздней юре и палеоцене. Исследования и современное датирование показали, что распространение надвига на восток происходило четырьмя отдельными импульсами, которые были разделены относительным тектоническим спокойствием. Датировки 40 Ar/ 39 Ar указывают на то, что эти импульсы произошли в поздней юре (163–146 млн лет), среднем мелу (103–99 млн лет), позднем мелу (76–68 млн лет) и позднем палеоцене — раннем эоцене (57–51 млн лет), разделенные периодами покоя >40 млн лет, >20 млн лет и >10 млн лет соответственно. [6]
Скалистые горы были подняты во время Ларамидской орогении , которая произошла между 80 и 55 миллионами лет назад в период с позднего мела до раннего палеоцена в результате субдукции плит Кула и Фараллон под североамериканский континент. [8] Кроме того, первые радиометрические возрасты, полученные путем прямого датирования надвиговых выемок из передовых хребтов южно- канадских Скалистых гор, выявили два отдельных эпизода деформации, названных «импульс Рандла» и «импульс Макконнелла». [6] Эти импульсы были датированы и интерпретированы как произошедшие 72 млн лет и 52 млн лет соответственно. [6]
Надвиг Льюиса — это пологий сброс, в котором докембрийские отложения были надвинуты на более молодые меловые отложения. [9] Надвиговый слой ограничен боковыми пандусами с обеих сторон. На юге это происходит около перевала Мариас, штат Монтана, где геометрия пандуса параллельна направлению движения слоя. [9] На севере надвиговый слой вытеснен вверх и через косой пандус около района перевала Кутеней в Британской Колумбии. Общая форма надвигового слоя, когда он двигался на северо-восток, имеет общую выпуклую форму по направлению к форланду. [9]
Пласт Льюиса переносится сбросовым разломом Льюиса, где сжатие и надвиг (в предгорьях южных канадских Скалистых гор и хребтах Восточного фронта) были связаны с косой, правосторонней конвергенцией между межгорным террейном и североамериканским кратоном. Эта транспрессия в позднем мелу привела к тектонической инверсии миогеоклинали Кордильер и бассейна Белт-Перселл, когда пласт Льюиса начал изгибаться и складывать, где слои затем были опрокинуты до тех пор, пока не образовался разрыв или разлом. Это включало в себя толстые последовательности палеозойских пород, которые составляют миогеоклиналь Кордильер, и нижележащие неопротерозойские породы, которые отделились от кристаллического фундамента; сместились вверх по пандусу пассивной окраины, вдоль которого они накапливались; и наложились на плоскую поверхность североамериканского кратона, образовав структурную кульминацию, которая определяет главные хребты канадских Скалистых гор. [8] Аналогичным образом, толстая последовательность мезопротерозойских слоев, состоящая из супергруппы Белт-Перселл, следовала той же последовательности событий, что и структурная кульминация, наблюдаемая в южном конце антиклинория Перселл . [ 8]
Надвиг Льюиса прорезан двумя основными системами разломов растяжения, разломом Флэтхед и системой разломов впадины Скалистых гор. Оба они имеют возраст от позднего эоцена до миоцена. [5] Однако величина сокращения, которая имела место на надвиге, не связана с эоценовым растяжением из-за системы разломов впадины Скалистых гор и разлома Флэтхед, не оказывающих позиционного влияния на лежачий и висячий боковые срезы надвига Льюиса. [5] Вместо этого эта транспрессия была заменена транстенсией в раннем эоцене, включающей растяжение земной коры с востока на запад и тектоническую эксгумацию, которая вывела метаморфические породы средней коры на поверхность для обнажения. Кроме того, этот переход от транспрессии к транстенсии привел к быстрому охлаждению комплексов метаморфического ядра по мере их эксгумации и выноса на поверхность. Правосторонняя транстенсия на внутриконтинентальных сдвиговых разломах на северо-востоке и юго-западе Британской Колумбии достигла кульминации с эксгумацией растяжения комплексов метаморфического ядра средней коры в среднем эоцене. Это приводит к обнажению базального деколлемента и ассоциации с разломами с севера на юг, размещением даек и объемным магматизмом, что, в свою очередь, ознаменовало прекращение сокращения земной коры. [7] Палеотемпературы и геотермальные градиенты указывают на то, что надвиговый щит Льюиса имел толщину 7,5–8,4 миль (12–13,5 км) в момент начала надвига. [6]
Надвиговые разломы часто связывают три типа структур: черепитчатые веерные структуры, рампово-плоские структуры и дуплексные структуры, все из которых наблюдаются в пределах надвига Льюиса и надвига и складчатого пояса Скалистых гор. Дуплексные структуры распространены и были расположены во многих местах вдоль надвига Льюиса. Эти структуры отличаются из-за их структурно перекрывающихся, линзовидных сложенных срезов надвига. Яркий пример можно увидеть в области, которая простирается от перевала Кутеней к северу от границы до перевала Мариас, обнаруженного в Монтане. Этот раздел показывает надвиг Льюиса, следующий за серией горизонтов отслоения, параллельных напластованию, с довольно тонким стратиграфическим интервалом вблизи основания супергруппы Перселл, которая также является основанием среднепротерозойского пояса. [10] Два окна в этом разделе, показывающие обнажения верхнемеловых слоев, обнаженных под надвигом Льюиса, находятся рядом с разломом Флэтхед. В этих окнах надвиг Льюиса сложен вместе с вышележащими и нижележащими слоями в серии северо-западно-простирающихся антиклинальных кульминаций, которые простираются по всей длине западной стороны выступа. [10] Кроме того, в этом разделе можно увидеть два отдельных структурных уровня: верхний уровень, включающий большую часть массы надвигового слоя Льюиса, который характеризуется широкими открытыми складками в относительно недеформированных породах, и довольно тонкий нижний уровень, состоящий из сложенных черепитчатых, обращенных на юго-запад, сигмоидальных срезов надвига, ограниченных снизу надвигом Льюиса, а сверху отдельным параллельным напластованию надвигом, называемым надвигом Томбстоун. [10] Эти кульминации постепенно накладываются друг на друга и вмещают значительное боковое сокращение земной коры, связанное со сжатием вдоль надвига Льюиса. Другой чрезвычайно похожий участок этого дуплексирования виден на другом обнажении в районе Уотертон-Лейкс в юго-западной Альберте. [10] В дополнение к дуплексам, видимым в окнах, надвиг Льюиса также показывает изолированные остатки восточного края верхней плиты ( клиппы ), расположенные на горе Чиф в Монтане и горе Кроуснест в Альберте. Эрозия с течением времени сформировала горы в их характерную форму, где они возвышаются над связанными с ними прериями.
Движение сброса надвига Льюиса датируется на основе самого старого возраста движения, определяемого самыми молодыми отложениями на лежачем боку, которым, как говорят, около 65 миллионов лет. Анализ треков деления урансодержащих минералов, таких как циркон и апатит, который включает датирование радиоактивного урана, обнаруженного в отложениях вдоль надвига Льюиса, с использованием изотопных отношений урана, дает ограничения позднего преддеформационного палеогеотермического градиента и толщины слоя Льюиса. [11] Эти данные, после калибровки по геологическим возрастам, привели к выводу, что максимальное захоронение и нагревание в надвиге Льюиса произошло в кампанском веке в течение временного интервала менее 15 миллионов лет до начала движения слоя надвига. Данные по трекам деления апатита показали резкое изменение палеотемператур от высоких до низких температур и связанные с этим изменения в концентрации урана по мере остановки захоронения и нагревания и начала движения и эксгумации, что показало, что смещение мезопротерозойских слоев супергруппы Белт-Перселл вдоль надвига Льюиса произошло примерно 75 млн лет назад. [11] [7] Это подтверждается местами, расположенными южнее вдоль надвига в Монтане, где разломы на переднем крае прорезают вулканический маркер возрастом 76 млн лет, доказывая, что начало движения разлома должно быть моложе 76 млн лет назад. [7]
Самое молодое движение вдоль разлома или, другими словами, конец движения для надвига основано на стратиграфических и структурных характеристиках ранних эоценовых отложений и ограничено возрастом нормальных разломов, которые разрезают надвиг, и связанных с ними осадков, обнаруженных в этих нормальных разломах. Кроме того, охлаждение комплексов метаморфического ядра, которые возникли и были эксгумированы, как говорят, знаменует конец деформации пояса надвига, что было сделано с помощью радиометрического урана в цирконах, чтобы обеспечить возраст охлаждения, который согласуется с тектоническим переходом от сжатия к растяжению. U-Pb датирование цирконов из различных деформированных и пересекающих гранитных пород средней коры в юго-центральной части Британской Колумбии дало возраст охлаждения 59 млн лет. Кроме того, переход от надвига и складчатости к растяжению земной коры привел к быстрому охлаждению комплексов метаморфического ядра Прист-Ривер, где возраст охлаждения, обнаруженный в биотите, дал возраст >55 млн лет с помощью методов датирования K-Ar и 40 Ar/ 39 Ar. [12] Кроме того, те же самые разломы в Монтане, которые прорезают вулканический маркер, также были прорезаны дайками порфира возрастом 59 млн лет. [7] Это ограничивает самый молодой возраст движения 59 млн лет. В совокупности даты, выявленные для самого старого и самого молодого движения вдоль разлома, указывают на то, что общее движение надвига Льюиса произошло в течение периода около 15 млн лет в периоды от позднего мела до раннего палеоцена между 75 и 59 млн лет.
Палеотемпературы были получены из отражательной способности витринита путем измерения процента падающего света, отраженного от поверхности частиц витринита в осадочной породе из формации Верхняя Юра-Нижний Мел вдоль надвига Льюиса. Результаты дали преддеформационный палеогеотермический градиент в диапазоне <30-11 °C/км по сравнению с 18-22 °C/км во время пиковой углефикации и максимальных температур. Эти результаты указывают на то, что последовательность надвига Льюиса была перекрыта по меньшей мере 3 км дополнительных слоев позднего мела, вместе с последовательностью толщиной 8 км, указывающей на то, что надвиг Льюиса имел приблизительную толщину 12-13,5 км до движения надвига.
Геофизические методы в форме сейсмического анализа также использовались для определения движения вдоль надвигового слоя. В одном исследовании сейсмические данные, записанные вдоль параллели 49° с. ш. (граница между Канадой и США), были зарегистрированы от разлома впадины Роки-Маунтин в передовом поясе до восточного фланга антиклинали Мойи антиклинория Перселла, который, как полагают, является местом, где сужается разлом Льюиса. Полученные сейсмические данные показали общее смещение надвигового слоя Льюиса на 115 км. [5] Это было сделано путем определения положения среза лежачего бока слоя Льюиса, который интерпретируется в сейсмическом разрезе как усеченные отражатели на глубине 11–15 км, подстилающие антиклинорий Перселла и перекрывающие отражатели фундамента. [5] В 75 км к востоку по профилю находится обнажение разлома Льюиса в районе Уотертона, которое напрямую связано с наиболее смещенной частью висячего крыла. [9] Измеряя расстояние между срезом лежачего бока и выходом разлома на поверхность Земли, было определено общее перемещение надвигового слоя Льюиса. Результаты показали, что имело место 75 км прямого перемещения надвигового слоя вдоль разлома Льюиса и дополнительно 40 км перемещения за счет образования дуплексов лежачего бока. [5] Хотя это исследование не принимало во внимание возможность того, что надвиговый слой Льюиса мог сместиться дальше на восток вдоль прерий и был размыт, данные оказались высокого качества, поскольку они позволили установить превосходные связи с предыдущими буровыми скважинами, картированными структурами, измеренной стратиграфией и существующими геологическими и сейсмическими данными. [5] Это исследование послужило подкреплением к предыдущей работе и было очень согласовано с ранее собранными данными. [5] Кроме того, представленные сейсмические данные имеют важное значение с точки зрения расширения, поскольку прямая связь между отражателями на западной и восточной сторонах желоба Скалистых гор коррелирует с одной и той же стратиграфической единицей, где расширение может быть восстановлено, а расстояние расширения около 10 км было рассчитано по разнице между предварительным и последующим расширением. [5]
Существуют разногласия относительно того, как произошло надвиговое движение и какое влияние оно оказало на окружающую геологию. В частности, попытки определить, было ли надвиговое движение непрерывным или движение было подвержено более прерывистому движению, остаются безрезультатными. Однако аномально высокие значения отражательной способности витринита, полученные из надвига Льюиса в перевале Мариас, надвига Макконнелла в горе Ямнуска, разлома Коулмена в ручье Винтеринг и нескольких других, указывают на то, что во время надвига были получены температуры 350–650 °C. Кроме того, эти высокие значения отражательной способности витринита были ограничены чрезвычайно узкими участками, прилегающими к зонам разломов и внутри них. Это свидетельствует о том, что высокие температуры были довольно кратковременными. Таким образом, высокие температуры интерпретируются как результат фрикционного нагрева во время прерывистого скольжения. Доказательства локальных высоких температур в зоне разлома указывают на то, что должны были существовать локальные области фрикционного напряжения, с возможностью того, что это произошло из-за наклонных поверхностей в плоскости разлома, где мог произойти дренаж высокого порового давления. Более того, образцы из висячего борта, собранные в непосредственной близости от плоскости разлома, не показывают никаких доказательств нагрева во время постепенного захоронения осадков. Это отсутствие доказательств нагрева во время разлома указывает на низкое фрикционное напряжение и, следовательно, низкие скорости скольжения. [13] Это показывает прочное согласие с эволюцией канадского надвига и складчатого пояса Скалистых гор, включая надвиговый слой Льюиса, который, как было интерпретировано, развивался и начал движение импульсами. [6]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )