Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ТЕКТОНИКА

101

лагались только при аномально низком уровне моря в плейсто-

цене.

Шолл и Марлоу [406] считали, что «недостающие» осадки

вовлечены в субдукцию, но позднее сейсмопрофилирование вме-

сте с другими данными подсказало альтернативное решение, со-

гласно которому эти осадки были налеплены (plastered) на пе-

редний край дуги с образованием

аккреционной призмы

(рис. 4.5, 4.6). Она состоит из круто наклоненных осадочных

клиньев, последовательно омолаживающихся в сторону океана,

однако при этом внутри каждого клина кровля разреза обра-

щена к континенту. Модель аккреционной призмы недавно под-

тверждена глубоководным бурением у берегов южной Мексики

[336].

Внутриокеаннческне островные дуги, например Тонга, Но-

вые Гебриды и Малые Антильские острова, состоят из суб-

аэральных и подводных вулканитов, преимущественно из низ-

кокалиевых базальтов или андезитов с подчиненным количест-

вом известково-щелочпых кислых лав и туфов. Сопутствующие

осадки возникли главным образом при эрозии вулканических

пород, но наряду с ними могут встречаться рифогенные карбо-

наты.

Потоки обломочного материала создают шлейфы вулка-

нокластических и карбонатных глыбовых брекчий, конгломера-

тов и песчаников. Для краевых континентальных дуг, таких,

как Анды или Суматра, характерны более кремнистые и бога-

тые калием дациты, андезиты и риолитовые игнимбриты; ба-

зальты здесь редки. Обломки вулканогенных пород и иногда

гранитов заполняют связанные с этими дугами приразломные

прогибы.

Область в тылу дуги состоит из хребтов и впадин. Осадки

здесь представлены вулканокластикой, источником которой яв-

ляется дуга, биогенными илами и разнообразными глинами, ча-

сто обогащенными смектитом. Условия осадконакопления могут

быть очень разнообразными и сложными и зависят прежде всего

от объема и происхождения терригенной составляющей. Как

мощные турбидиты, так и пелагические осадки могут непосред-

ственно перекрывать океаническую кору. Существующая здесь

обстановка, видимо, больше напоминает древние «эвгеосинкли-

иали», чем системы желобов, значительно более узкие и испы-

тывающие седиментационный голод.

Древние зоны субдукции легче всего распознаются по пар-

ным метаморфическим поясам и пластинам обдуцированных

офиолитов, в то время как привязка осадочных образований

к конкретным морфоструктурам или тектоническим режимам

может сталкиваться с большими трудностями. Исследованиями

флишевых комплексов, обзор которых дан Джулинским и Уол-

тоном

[118],

было установлено, что турбидитные потоки, как

102

ОСЛДкОПАКОПЛЕМПЕ H ТЕКТОНИКА

правило, направлены вдоль трогов, параллельно простиранию

тектонических структур. Позднее было доказано, что многие

толщи турбидитов являются отложениями глубоководных кону-

сов [341, 343]. Поэтому турбидиты древних желобов должны

распознаваться по протяженной линейной русловой фации, па-

раллельной оси желоба, и по небольшим подводным конусам,

ориентированным перпендикулярно этому направлению.

Такие области, как Бирма и Зондская дуга, возможно, яв-

ляются лучшими моделями некоторых древних орогенов с их

мощными разрезами турбидитов, чем регионы, подобные Андам,

Японии и внутриокеаническим островным дугам, где тектониче-

ская история поглощающейся плиты восстанавливается значи-

тельно хуже. Особенно интересной чертой этого региона яв-

ляется мощный глубоководный конус, протягивающийся при-

мерно на 3000 км к югу от Бенгальской дельты. Это гигантское

осадочное тело ориентировано, таким образом, вдоль Индо-

Бирманских хребтов, и поэтому напрашивается аналогия с теми

примерами более древних флишевых толщ

на которые ссы-

лаются Джулинский и Уолтон

[118].

Можно провести правдо-

подобное сопоставление Индо-Бирманских складчатых хребтов,

переходящих в нагорья восточной Бирмы, и шотландских кале*

донид

[328].

В обоих регионах можно предполагать активную

субдукцию под край континента, ограниченный сдвигом. Не-

давно Леггет и др. [298] привели доказательства существова-

ния в южной части шотландских каледонид аккреционной

призмы турбидитов, примыкающей к предполагаемой зоне суб-

дукции.

Наиболее эффектные ассоциации пород, связанные с зо-

нами субдукции, известны как

олистостромы

меланжа

[221].

И те, и другие состоят из хаотической смеси обломков разме-

ром от галек до огромных, измеряемых несколькими километ-

рами блоков, погруженных в основную массу, как правило тон-

козернистую и часто состоящую из заметно рассланцованной

глины. Олистостромы, которые в настоящее время обычно рас-

сматриваются как результат пастообразных потоков или других

гравитационно-склоновых процессов, содержат крупные экзоти-

ческие обломки (более древние, чем вмещающая основная

масса), называемые

о лист о латами.

К числу классических при-

меров олистостром относятся палеогеновый

дикий флиш

Швей-

царских Альп и

чешуйчатые глины

Апеннин. Они могут быть

связаны с начальными фазами надвигания и залегать поэтому

в подошве крупных надвигов, как в горах Таконик Новой Ан-

глии,

и в основании

цветного меланжа,

как в горах Загрос

в Иране.

Термин

меланж

может пониматься достаточно широко и оз-

начать также и олистостромы, когда точное разделение прове-

ОСАДКОНЛКОПЛЕНИЕ И ТЕКТОНИКА

103

CTH

трудно. В более узком смысле к меланжу относятся тела

деформированных пород, содержащие тектонически смешанные

обломки, которые могут быть моложе расслапцованной основ-

ной массы. Один из лучших примеров — францисканская фор-

мация Северной Калифорнии. Она состоит и:* блоков граувакк,

зелепокаменных эффузивов, кремней, серпентинитов, реже го-

лубых сланцев и эклогнтов, погруженных в основную массу

раселанцованных алевропелитов, содержащих редкие окамене-

лости, возраст которых колеблется от тптона до валанжппа.

Эта формация считается результатом длительной направленной

на восток субдукции, происходившей в палеогеновое и меловое

время, и она, вероятно, состоит из отторженцев ряда океаниче-

ских образований, ранее занимавших обширные пространства

[218].

Следующий пример зоны меланжа, на этот раз сформиро-

ванною неогеновой субдукцией, выявлен в Индонезии

[195].

Сейсмопрофилирование и другие данные указывают на то, что

хребет внешней дуги между Явой и Суматрой, с одной стороны,

и активным Яванским желобом, с другой, является вершиной

клиновидного тела меланжа и собранных в чешуи пород, кру-

тые и умеренные падения которых резко дисгармоничны с рас-

положенной под ними полого погружающейся океанической пли-

той (рис. 4.6). Этот клин растет за счет соскабливания океани-

ческих осадков и океанического фундамента, а также за счет

внутреннего чешуеобразования, что вызывает обусловленное

гравитацией противодействие субдуктивному движению в осно-

вании клина.

Восточнее дуга Банда фиксирует столкновение островной

дуги с Австралийско-Новогвинейским континентом и выталки-

вание на континент собранной в чешуи массы материала, про-

исходящего частично с самого континента, а частично из глубо-

ководного меланжа на фронте наступающей дуги. Целые ост-

рова, такие, как Роти, Тимор и Серам, состоят из меланжа и

пород, собранных в чешуи. Сланцеватые (scaly) глины обра-

зуют основную массу хаотической ассоциации олистолитов всех

размеров до десятков километров в поперечнике, состоящих из

шельфовых (пермь и моложе), склоновых

глубоководных (мел

и моложе) осадков, а также из магматических н метаморфиче-

ских пород главным образом основного и ультраосновного со-

става.

ТРАНСФОРМНЫЕ РАЗЛОМЫ И ОСЛДКОНАКОПЛЕНИЕ

Современные трансформные границы плит можно изучать

в Калифорнии, на Аляске, в Венесуэле, на Ближнем Востоке

и в Новой Зеландии. Наиболее характерной особенностью осад-

104

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ТЕКТОНИКА

Линия

сброса

РИС.

4.7. Модель тектоники и осадконакопления в орогеническом поясе»

обусловленном сдвигами. Модель основана на материале по Кантабринским

горам, Испания

[3291-

конакоплепия является здесь развитие небольших тектонически

активных прогибов, где накапливаются толщи, местами дости-

гающие большой мощности. Этим толщам присущи быстрая фа-

циальная изменчивость как по латерали, так и по вертикали

и многочисленные признаки одновременных с осадконакопле-

нием гравитационных движений. Другой типичной чертой этих

обстановок является чередование в пространстве участков под-

нятия и прогибания, что, вероятно, связано с локальными из-

менениями тектонических напряжений от сжатия до растяжения.

Многие прогибы могут располагаться вдоль оперяющих разры-

А.

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ТЕКТОНИКА

105

вов,

п поэтому древние трансформные разломы бывает трудно

выявить.

Эти прогибы располагаются в местах изменения простира-

ния сдвигов, и известны как

прогибы-раздвиги

(pull-apart ba-

sins) . Великолепным примером может служить прогиб Ридж,

связанный с системой разрывов Сан-Андреас [86], Он имеет

размеры 50x20 км и выполнен мощной терригенной толщей

неогена, которая накапливалась при постепенном раздвигании

краев прогиба. Наиболее поразительной формацией является

брекчия Вайолин мощностью более 10

ООО

м, но значительно

менее протяженная по латерали; она интерпретируется как от-

ложения аллювиального конуса выноса вблизи сбросового ус-

тупа. По латерали она переходит в различные аллювиальные,

озерные и морские осадки.

Другой пример кайнозойского прогиба, связанного с важной

трансформной границей, описан в Новой Зеландии Норрисом

и др.

[350].

Много примеров более древних прогибов, связан-

ных со сдвигами, известно в Кантабрийских горах северной Ис-

пании, которые относятся к герцинскому орогену

[373].

Там

наблюдается быстрая вертикальная и латеральная изменчивость

фации: часть отложений образована потоками обломочного ма-

териала и гравитационными оползнями, обусловленными быст-

рыми вертикальными движениями (рис. 4.7).

СТОЛКНОВЕНИЕ КОНТИНЕНТОВ

II ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

Когда сталкиваются два континента, маловероятно, что это

столкновение будет происходить по прямой линии. Наоборот,

первоначальный контакт, как правило, бывает неровным с ло-

кальными зияниями, действующими как ловушки осадочного *

материала, но постепенно исчезающими по мере сближения кон-

тинентов. Бенгальский залив представляет собой один из таких

остаточных океанических бассейнов, который постепенно закры-

вается в результате субдукцин, направленной на восток, под

Индо-Бнрманекие хребты, Андаманско-Никобарскую дугу и

внешнюю Зондскую дугу. Пелагические осадки океанического

дна этого бассейна перекрыты Бенгальским подводным конусом

выноса. По мере продолжения субдукции турбиднты этого ко-

нуса будут содраны с погружающейся плиты и сформируют

внешнюю дугу. На более поздней стадии они будут надвинуты

на окраину континента.

К югу от поднимающихся Гималаев в неогене образовалась

система позднеорогенных прогибов, где накопились мощные от-

ложения аллювиальных конусов, относящиеся к серии Сивалик.

106

ОСЛДКОНАКОПЛЕНИЕ И ТЕКТОНИКА

В глубине Азии движениями по сдвигам, связанными с продол-

жающимся северным давлением Индии, были сформированы

многочисленные межгорные троги

[331].

Что касается Альп, то детальный анализ Милнса [327] по-

казывает, что финальные стадии столкновения континентов, ве-

дущие к сочленению отдельных массивов суши, завершились

здесь в раннем олигоцене. После этого началось быстрое под-

нятие, сопряженное с погружением краевого прогиба на севере,

в области Швейцарского плоскогорья. Этот прогиб является

классическим позднеорогенным (иногда его называют посторо-

генным) трогом, в котором накопилась моласса мощностью

3000—6000 м

[484].

Наиболее характерным типом пород здесь

являются мощные фангломераты Нагельфлю. Распознается не-

сколько крупных аллювиальных конусов выноса мощностью до

1000 м и шириной до 40 км. К северу мощность осадков умень-

шается и они становятся более тонкозернистыми; это главным

образом отложения аллювиальных равнин, но с мелководно-

морскими горизонтами в среднем олигоцене и среднем миоцене.

Несколько седиментационных циклов с погрубением пород вверх

по разрезу отражают поднятие орогена на юге, движение по-

кровов на север и образование разрывов в фундаменте.

Ван Хутен [484] описал также типичные молассовые отло-

жения в бассейнах Эбро и Аквитанском, где фангломераты об-

разовались при размыве поднимающихся Пиренеев, Такие же

мощные фангломераты в нижнем девоне центральной Шотлан-

дии являются отложениями позднеорогенного трога» возникшего

сразу после закрытия океана Япетус.

ЦИКЛ УИЛСОНА

Главной слабостью классической теории геосинклиналей

было то, что в ней не учитывались значительные горизонталь-

ные движения, которые могли сблизить породы, образовавшиеся

на обширных пространствах далеко как друг от друга, так, мо-

жет быть, и от сформированного в конце концов орогена. Есть

некая ирония в том, что в основу своей концепции геосинкли-

налей Штилле положил геологию альпийских офиолитовых

комплексов, так как в то время они считались неотъемлемой

частью геосинклинали, результатом внедрений и излияний in

situ.

Эта концепция просуществовала до возникновения текто-

ники плит {например, [16]), но сейчас офиолитовые комплексы

в центральных частях орогенов обычно считаются обдуцпрован-

ными и сформированными при спрединге где-то в другом месте.

Фактически теперь обнаружилось, что выделенная Штейнман-

ном знаменитая ассоциация офиолитов и пелагических осадков

ОСАДКОНЛКОПЛННИЕ И ТЕКТОНИКА

107

не имеет прямого отношения к тектонике сжатия, которая соз-

дает горные пояса.

Подобно этому в Альпах мало что осталось от лептогеосин-

клинальной фазы Трюмпи, потому что осадки его глубоких «го-

лодающих» прогибов Южных и Восточных Альп теперь счи-

таются фациями подводных гор, которые, вероятно, накопились

в южной части океана Тетис и лишь после этого были переме-

щены далеко на север. И вообще меланжи, по крайней мере

некоторые, могут быть хаотической смесью материала, соскоб-

ленного с широких пространств морского дна.

Ясно,

что необходима концепция нового типа, которая учи-

тывала бы тектонику плит. Вначале рассмотрим вкратце исто-

рию трех орогенических событий.

Северные Аппалачи были классическим регионом для изуче-

ния геосинклиналей, начиная с пионерских работ Холла, и осо-

бенно после выделения Кеем в палеозое Новой Англии распо-

ложенной на западе многеосинклинали и более восточной эвгео-

синклииали, разделенных вулканическим поднятием гор

Грин-Маунтинс. Бёрд и Дьюи [32] были первыми, кто прило-

жил модель тектоники плит к Аппалачскому орогену. Внима-

ние было сосредоточено на северной части площади, охватываю-

щей Новую Англию и Ньюфаундленд, где отсутствие влияния

позднепалеозойской аллеганской орогении облегчает изучение

эффекта более древних таконской и акладской орогений.

На западе Новой Англии многеосинклинали Кея соответст-

вует область, традиционно именуемая «зоной Логана»; здесь

развита серия кембрийских и ннжнеордовикекпх мелководных

карбонатов, перекрывающая ннжнекембрийские ортокварцнты,

известные как песчаники Потсдам. Мощность разреза увеличи-

вается к востоку, а одинаковые фации протягиваются вдоль Ап-

палачей. На западе Ньюфаундленда знаменитая брекчия Кау-

Хед считается брекчией оползания на юго-восточном краю зоны

Логана, где отмель резко сменялась глубоководной зоной.

Резкая смена фаний приурочена к среднему ордовику — тому

уровню, где мелководные карбонаты переходят вверх по раз-

резу в мощную аргпллитовую формацию — сланцы Норман-

екплл. Западнее они сменяются известняками Треитон, а в про- -

тивоположном направлении в них появляются прослои грау-

вакк, источник которых, бесспорно, находился на востоке. Выше

располагается аллохтон гор Таконик с несколькими перемещен-

ными к западу надвиговыми пластинами. Характерные фации

дикого флиша, залегающие в подошве аллохтона, интерпрети-

руются Бёрдом и Дьюи как меланж, возникший при нагромо-

ждении продуктов эрозии с продвигающихся на запад клиппе-

нов.

Эти движения, относящиеся к позднему ордовику, внезапно

нарушают длительную историю относительной тектонической

108

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ТЕКТОНИКА

стабильности и медленного погружения края континента; бес-

спорно, они обусловлены сжатием и связаны с таконской ороге-

нией (рис. 4.8).

Юго-восточнее расположена зона Пидмонт, где обломочные

породы и вулканиты от верхнего докембрия до ордовика интен-

сивно деформированы и метаморфизованы во время таконской

орогении. Эта зона соответствует эвгеосинклинали Кея, и теперь

считается, что она охватывала континентальное подножие на

краю расширяющегося океана. Верхнедокембрнйские базальты

отвечают ранней фазе растяжения с образованием грабенов,

в то время как другие вулканиты свидетельствуют о возникно-

вении в раннем ордовике островодужной системы, связанной

с новообразованной зоной Бепьоффа, наклоненной на запад

(рис. 4.9). Дальнейшая история —это история океана (Япетус),

неуклонно сужающегося по мере поглощения его коры с после-

дующим столкновением континентов, которое вызвало в девоне

акадскую орогеппю и распространение на запад молассовых

фаций (так называемой дельты Кэтскилл).

На западе Северной Америки разрез палеозоя является зер-

кальным отражением такого же разреза к востоку от централь-

ного платформенного региона. В общих чертах здесь можно вы-

делить три параллельных фациальных пояса. С востока на за-

пад это:

Мелководноморские карбонаты с ортокварцитами; в тра-

диционной интерпретации — миогеосинклиналь.

Глинистые (в нижнем палеозое граптолптовые) сланцы

с горизонтами кремней; обычно их относят к глубоководным

фациям.

Ассоциация граувакк, вулканокластитов и вулканитов.

Зоны 2 и 3 рассматриваются как эвгеосинклиналь, включаю-

щая вулканические островные дупи; предполагается длительная

прерывистая субдукцня в восточном направлении. Чуркпн [60]

полагает, что зона окраинного бассейна с несколькими сменяю-

щими друг друга фазами открытия и захлопывания существо-

вала в течение большей части палеозоя. Так, антлерская ороге-

ння,

приуроченная к позднему девону и раннему карбону, свя-

зывается со столкновением окраинного бассейна с островной

дугой, вызвавшим последующее поднятие и надвигание пелаги-

ческих осадков; гигантский клин снесенных с запада конгломе-

ратов и песчаников несогласно перекрывает отложения зоны 2.

В конце палеозоя возобновление рифтогенеза приводит к обра-

зованию новой системы вулканической дуги и окраинного бас-

сейна (рис. 4.10).

Чуркин усматривает в этом очевидную аналогию с разви-

тием западной части североамериканских Кордильер в мезозое

и кайнозое, но необходимо заметить, что предложенная им

РИС.

4.8. Схематические блок-диаграммы, иллюстрирующие предтакокскую и такопскую эволю-

цию ордовикской континентальной окраины па западе Новой Англии. А—предтаконская стадия;

Б — раннетаконская стадия; В ~ позднетаконская стадия

([32],

с упрощениями).

J-

ГП

-г-

-Зона

!Зона

Зона С

Зона

В:

олеаничеслие

толщи,

деформированные

акадскую

Ф^у

Поздний Веёдн

Посттаканопие — хамберские

толщи,

деформированные

акадскую

разу

Поздний ордовик

-ранний силур

Континентам ньш.

шельф

/миогеосинклиналь

Тощи, формировавшиеся д

в условиях сгдиментационного Астеносфера

голода \ ^

Сейсмический волновод

Поздний

кембрий

Литосфера*

c'-cf&t'i

-!Континентальная кора

^лл-:

Движение плиты

РИС.

4.9. Интерпретация геологии Новой Англии на основе представлений

о закрытии океана Япетус в палеозое вслед за более ранними процессами

тафрогении [32].