Аккреционный клин или аккреционная призма образуются из осадков, аккрецированных на не субдуцирующей тектонической плите на границе конвергентной плиты . Большая часть материала в аккреционном клине состоит из морских осадков, соскобленных с нисходящей плиты океанической коры , но в некоторых случаях клин включает эрозионные продукты вулканических островных дуг, образовавшихся на перекрывающей плите.
Аккреционный комплекс — это текущий (в современном использовании) или бывший аккреционный клин. Аккреционные комплексы обычно состоят из смеси турбидитов земного материала, базальтов с океанического дна и пелагических и гемипелагических осадков . Например, большая часть геологического фундамента Японии состоит из аккреционных комплексов. [1]
Аккреционные клинья и аккреционные террейны не эквивалентны тектоническим плитам, а скорее связаны с тектоническими плитами и аккрецируются в результате тектонического столкновения. Материалы, включенные в аккреционные клинья, включают:
Возвышенные регионы в океанических бассейнах , такие как линейные островные цепи, океанические хребты и небольшие фрагменты земной коры (например, Мадагаскар или Япония), известные как террейны , перемещаются к зоне субдукции и аккретируются к континентальной окраине. Начиная с позднего девонского и раннего каменноугольного периодов, около 360 миллионов лет назад, субдукция под западной окраиной Северной Америки привела к нескольким столкновениям с террейнами, каждое из которых привело к горообразованию . Частичные добавления этих аккретированных террейнов добавили в среднем 600 км (370 миль) в ширину вдоль западной окраины североамериканского континента . [2]
Топографическое выражение аккреционного клина образует выступ, который может запруживать бассейны накопленных материалов, которые в противном случае были бы перенесены в желоб с вышележащей плиты. Аккреционные клинья являются домом для меланжа , интенсивно деформированных пакетов пород, в которых отсутствует когерентная внутренняя слоистость и когерентный внутренний порядок. [3]
Внутренняя структура аккреционного клина похожа на ту, что обнаруживается в тонком форландовом надвиговом поясе. Образуется ряд надвигов, направленных к желобу, причем самые молодые внешние структуры постепенно поднимают более старые внутренние надвиги.
Форма клина определяется тем, насколько легко клин разрушится вдоль своего базального декольмента и внутри; это очень чувствительно к давлению поровой жидкости . Это разрушение приведет к зрелому клину, который имеет равновесную треугольную форму поперечного сечения критической конусности . Как только клин достигнет критической конусности, он сохранит эту геометрию и вырастет только в больший подобный треугольник .
Небольшие участки океанической коры, которые надвигаются на перекрывающую плиту, называются обдукцией . Там, где это происходит, редкие кусочки океанической коры, известные как офиолиты , сохраняются на суше. Они представляют собой ценную естественную лабораторию для изучения состава и характера океанической коры и механизмов их размещения и сохранения на суше. Классическим примером является офиолит Берегового хребта Калифорнии, который является одним из самых обширных офиолитовых террейнов в Северной Америке. Эта океаническая кора, вероятно, образовалась в середине юрского периода, примерно 170 миллионов лет назад, в режиме растяжения в пределах либо задугового, либо преддугового бассейна. Позднее она была аккретирована к континентальной окраине Лавразии. [4]
Продольное осадочное сужение преорогенных осадков тесно коррелирует с кривизной подводного фронтального аккреционного пояса на окраине Южно-Китайского моря , что позволяет предположить, что преорогенная толщина осадков является основным фактором, контролирующим геометрию фронтальных структур. Существующий ранее склон Южно-Китайского моря, который лежит наклонно перед продвигающимся аккреционным клином, препятствовал продвижению фронтальных складок, что привело к последовательному прекращению складок против и вдоль простирания склона Южно-Китайского моря. Существование склона Южно-Китайского моря также приводит к тому, что простирание надвигающихся складок с северо-северо-западного направления более резко поворачивается к северо-восточному простиранию, параллельно простиранию склона Южно-Китайского моря. Анализ показывает, что преорогенные механические/коровые неоднородности и морфология морского дна оказывают сильное влияние на развитие надвигового пояса в зарождающейся зоне столкновения дуги и континента Тайваня . [5]
В аккреционных клиньях сейсмичность, активирующая наложенные надвиги, может приводить к подъему метана и нефти из верхней коры. [6]
Механические модели, которые рассматривают аккреционные комплексы как критически сужающиеся клинья осадка, демонстрируют, что поровое давление контролирует их угол конусности, изменяя базальную и внутреннюю прочность на сдвиг. Результаты некоторых исследований показывают, что поровое давление в аккреционных клиньях можно рассматривать как динамически поддерживаемый ответ на факторы, которые управляют поровым давлением (исходные условия) и те, которые ограничивают поток (проницаемость и длина пути дренажа). Проницаемость осадка и толщина входящего осадка являются наиболее важными факторами, тогда как проницаемость разломов и разделение осадка оказывают небольшое влияние. В одном из таких исследований было обнаружено, что по мере увеличения проницаемости осадка поровое давление уменьшается от почти литостатических до гидростатических значений и позволяет стабильным углам конусности увеличиваться с ~2,5° до 8°–12,5°. С увеличением толщины осадка (от 100–8000 м (330–26250 футов)) повышенное поровое давление приводит к уменьшению стабильного угла конусности с 8,4°–12,5° до <2,5–5°. В целом, низкопроницаемые и толстые входящие осадки поддерживают высокое поровое давление, соответствующее неглубоко конусообразной геометрии, тогда как высокопроницаемые и тонкие входящие осадки должны приводить к крутой геометрии. Активные окраины, характеризующиеся значительной долей мелкозернистых осадков в пределах входящей секции, такие как северные Антильские острова и восточный Нанкай , демонстрируют тонкие углы конусности, тогда как те, которые характеризуются более высокой долей песчаных турбидитов, такие как Каскадия , Чили и Мексика , имеют крутые углы конусности. Наблюдения за активными окраинами также указывают на сильную тенденцию к уменьшению угла конусности (от >15° до <4°) с увеличением толщины осадка (от <1 до 7 км). [7]
Быстрая тектоническая нагрузка влажных осадков в аккреционных клиньях, вероятно, приведет к повышению давления жидкости до тех пор, пока оно не станет достаточным для возникновения дилатантного разрыва. Обезвоживание осадков, которые были поддвинуты и аккрецированы под клином, может привести к большому устойчивому притоку такой жидкости с высоким избыточным давлением. Дилатантный разрыв создаст пути эвакуации, поэтому давление жидкости, вероятно, будет буферизировано на уровне, необходимом для перехода между сдвигом и косым растяжением (дилатантным) разрывом, который немного превышает давление нагрузки, если максимальное сжатие почти горизонтально. Это, в свою очередь, буферизирует прочность клина на уровне прочности сцепления, которая не зависит от давления и не будет сильно меняться по всему клину. Вблизи фронта клина прочность, вероятно, будет соответствовать прочности сцепления на существующих надвиговых разломах в клине. Сопротивление сдвигу на основании клина также будет довольно постоянным и связанным с прочностью сцепления слабого слоя осадка, который действует как базальное отделение. Эти предположения позволяют применить простую модель пластического континуума, которая успешно предсказывает наблюдаемую слегка выпуклую конусность аккреционных клиньев. [8]
Пелайо и Вайнс предположили, что некоторые цунами возникали в результате разрыва осадочной породы вдоль базального выступа аккреционного клина. [9]
Обратное надвигание задней части аккреционного клина, дугообразное по скалам бассейна преддуги, является обычным аспектом аккреционной тектоники. Старое предположение о том, что упоры аккреционных клиньев падают назад к дуге, и что аккрецированный материал размещается под такими упорами, противоречит наблюдениям многих активных преддуг, которые указывают на то, что (1) надвигание распространено, (2) бассейны преддуги являются почти повсеместными партнерами аккреционных клиньев, и (3) фундамент преддуги, где он изображен, кажется, расходится с осадочным пакетом, погружаясь под клин, в то время как вышележащие осадки часто поднимаются против него. Обратное надвигание может быть предпочтительным там, где рельеф высок между гребнем клина и поверхностью бассейна преддуги, потому что рельеф должен поддерживаться касательным напряжением вдоль обратного надвига. [10]