parnachev_v_p_osnovy_geodinamicheskogo_analiza

10. «Горячие точки» и мантийные плюмы	241

Рис. 10.2. Положение и возраст вулканов в Императорско-Гавайской цепи

Проблема существования плюмов широко дискутируется зарубежной научной общественностью. В 2003 – 2005 гг. Американское геологическое общество и Американский геофизический союз провели три конференции в Исландии, Калифорнии и Шотландии с общей тематикой «Есть ли плюмы, и если да, то что это такое?» Последнее из них имело название «Великий спор о плюмах: происхождение и роль крупных изверженных провинций и горячих точек». При этом следует подчеркнуть, что на сегодняшний день за существование плюмов и против высказывается примерно равное количество зарубежных исследователей. Достаточно подробный разбор существующих взглядов на проблему плюмов провёл В.Н.Пучков в статье «Великая дискуссия о плюмах: так кто же всё-таки прав?» (2009).

В.Н. Пучковым (2009) предлагается набор признаков и свойств, позволяющих выделять плюмы и суперплюмы, среди которых отмечены следующие:

242В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

1.Наличие цепочек вулканов с закономерным последовательным омоложением возраста. На сегодня подтверждено существование около двух десятков таких цепей.

2.Наличие вертикальных столбов или наклонных зон разуплотнённого вещества мантии, выявленных сейсмотомографией и простирающихся на большие глубины вплоть до границы ядро – мантия.

3.Связь плюмов и суперплюмов с глобальными областями разуплотнения в нижней мантии, которые имеют размеры до тысячи километров в плане, воздымаются вверх, постепенно распадаясь на отдельные плюмы в мантии, и концентрируются преимущественно над Тихоокеанским и Африканским суперсвеллами.

4.Связь плюмов с куполовидными поднятиями земной поверхности.

5.Петрологические и геохимические особенности плюмового магматизма, заключающиеся в высоких содержаниях литофильных элементов с

крупными ионными радиусами, лёгких РЗЭ и в повышенных соотноше-

ниях изотопов 87Sr/ 86Sr, 143Nd/144Nd, 206Pd/ 204Pd, и особенно 3He/4He (т.е. отношение первичного «солнечного» гелия к радиогенному).

6. Установленая связь КМП, в том числе трапповых полей и гигантских роёв докембрийских долеритовых даек, с суперплюмами.

За последние десятилетия плюм-тектоника получила дополнительные доказательства в связи с развитием таких направлений научных исследований, как сейсмотомография, петрология, минералогия, геохимия, изотопная геология. Появились представления о «горячих полях» (LIPs или КМП) – грандиозных короткоживущих магматических провинциях, которые образованы преимущественно породами основного состава площадью более 0,1 млн км2 и объёмом более 1 млн км3 с максимальной продолжительностью формирования около 50 млн лет. Образование LIPs или КМП стали отождествлять с суперплюмами – широкими плюмоподобными воздыманиями мантийного вещества, вызывающими сравнительно короткое по времени выплавление и излияние колоссальных объёмов вулканических пород. Обнаружилась связь между плюмами, суперплюмами и суперсвеллами, областями пониженных скоростей и супервздутиями слоя D'' на границе мантии и ядра.

В настоящее время методами локальной и глобальной сейсмической томографии отстроены видимые изображения мантийных плюмов и холодных слэбов в разрезе нижней и верхней мантии Земли (рис. 10.3). На основе данных сейсмотомографии было обосновано, что плюмы зарождаются на разных уровнях нижней мантии от 2800 до 650 км (табл. 10.1)

10. «Горячие точки» и мантийные плюмы	243

(Montelli et al., 2004). Предполагается (Ю.Пущаровский, 2004), что плюмообразующий высокоэнергетический очаг может возникать и во внутримантийных геосферах в зонах горизонтального срыва. При этом грубо возможно выделение по крайней мере их трёх разновидностей: 1) первичные («моргановские»)? идущие от низов мантии; одним из доказательств наличия нижнемантийных плюмов является высокое отношение в вулканитах 3Не/4Не, где 3Не характеризует первичную недегазированную мантию с первичным солнечным 3Не; 2) промежуточные, рождающиеся в основании переходной зоны; 3) верхнемантийные («андерсоновские»), возникающие в верхах астеносферы как ответ на движение плит.

Формирование плюмов может быть обусловлено несколькими возможными причинами, которые различаются механизмами инициации восходящих мантийных струй.

CЗ

ЮВ

0

410

660

1000
км	–1,5%				+1,5%
	1	2	3	4	5

Рис. 10.3. Строение субдукционных зон в Курильско-Охотском регионе по данным сейсмотомографии продольных волн, по Е.Н. Меланхолиной и др. (2001). На шкале участки мантии с различными сейсмическими скоростями: 1–2 – медленными, 3 – близкими к средним значениям, 4–5 – быстрыми. Цифрами в кружках на схеме обозначены: 1–2 – зоны субдукции: 1 – Курильская, 2 – Восточно-Азиатская, брошенная мелового возраста; 3 – Южно-Охотский задуговой бассейн

244	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Т а б л и ц а 1 0 . 1

Глубина зарождения плюмов в мантии (в скобках – радиусы плюмов в км)

по R. Mointelli et al. (2004)

	Глубина		Общее
	зарождения	Местоположение	коли-
	(в км)	Вознесения (100), Азорский (300), Канарский (400),	чество
	2800	Кораллового моря (300), Пасхи (400), Самоа (200), Ю. Ява	8
		(200), Таити (300)
	2350	Крозе (400), Гавайи (300), Кергелен (400)	3
	1900	САХ 15 и 25° с.ш., 45° з.д. (200), Инд. океан 35° ю.ш., 100°	4
		в.д. (400), Реюньон (200), о-ва Зелёного мыса (300)
	1450	Афар (200), Буве (400), о-ва Кука (200), Хуан-Фернандес	4
		(300)
		Коралинский (300), Кокосовые о-ва (200), Этна (200), Со-
	1000	ломоновы о-ва (?), Галапагос (300), Гайнан (200), Ислан-	9
		дия (100), Хуан-де Фука (100), Луисвиль (300)
	650	Бови (100), Эйфель (100), Восточно-Австралийский (100),	4
		Сейшелы (?)
	ИТОГО		32

Первая модель субдукционной инициации «горячих точек» обосновывается явлением опускания холодной океанической литосферы в мантию на её границу с ядром и выдавливании горячей мантии. Значительный объём субдуцированных холодных слэбов («кладбище слэбов» в мантии, по Ю. Маруяме) порождает общемантийные конвективные процессы. Это не только восполняет расход вещества в области поднимающихся суперплюмов, но и приводит к образованию локальных конвективных ячеек вблизи конвергентных границ. Появляется всё больше свидетельств о химической неоднородности мантии, что выражается в тонких геохимических отличиях вулканитов. Это объясняется широкомасштабным перемешиванием материала субдуцирующей литосферы и мантии в ходе общемантийной конвекции, что позволило выделить по содержанию и соотношению изотопов большое количество типовых мантийных резервуаров (PM, PREMA, UM (MORB), DM, EMI, SOPITA, HIMU, FOZO и др.), отличающихся степенью деплетированности или обогащенности теми или иными компонентами. Доказана сложная структура мантии, где соседствуют недеплетированные, деплетированные и метасоматически обогащенные участки, принадлежащие рециклированной литосфере.

10. «Горячие точки» и мантийные плюмы	245

Вторая модель связывает образование мантийных плюмов вследствие взаимодействия ядра и мантии. При этом предполагается, что суперплюмы формируются над восходящими ветвями конвективных ячей в жидком ядре Земли в результате фокусированного притока тепла к разделу ядра и мантии. Перегретая мантия этих участков приобретает плавучесть относительно окружающей мантии и поднимается кверху, в виде мантийных плюмов.

Третья модель предусматривает выделение тепла и повышение температуры в в Р-Т-условиях слоя D'' в результате экзотермического характера фазового перехода перовскита (MgSiO3) в пост-перовскит, деплетированный в отношении Fe. Железо при этом преобразуется в магнезиовюстит, что сопровождается выделением тепла и создаёт феномен суперплюма. Сейсмотомографическая 3D-модель Земли включает две обширные низкоскоростные аномалии (вздутия, суперсвеллы) в слое D'' под Африкой и Южной частью Тихого океана, поднимающееся от которых перегретое вещество интерпретируется соответственно в качестве Африканского и Тихоокеанского суперплюмов.

Четвёртая (андерсоновская) модель предполагает образование очагов плавления в мантии при пассивном растяжении литосферы и соответственно декомпрессии (модель пассивного рифтогенеза), сопровождающееся формированием «горячих точек» – областей внутриплитного вулканизма.

Контрольные вопросы

1.Дать определение терминам «горячая точка» и «плюм».

2.В каком виде проявляются плюмы в поверхностных структурах океанов и континентов?

3.Какие имеются доказательства существования плюмов?

4.В чём суть гипотезы Ю.Д. Пущаровского о местах формирования плюмов?

5.Назвать возможные причины и механизмы формирования плюмов.

246В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

11.ТЕРРЕЙНЫ И ТЕРРЕЙНОВЫЙ АНАЛИЗ

Террейны (англ. – terrain, terrane) – ограниченное разломами геологическое тело региональной протяжённостим, которое характеризуется собственными стратиграфическими, магматическими, метаморфическими и структурными особенностями, определяющими палеогегографическую, палеотектоническую и палеогеодинамическую историю, отличающую его от соседних геологических блоков. Террейны представляют собой элемент строения аккреционных континентальных окраин и выделяются в виде чужеродных (экзотических) блоков. Породы этих блоков сформировались на значительном удалении от места их современного положения в других палеогеографических и палеоклиматических условиях. Террейны распознаются по резко отличному от окружающих пород составу и повсеместным тектоническим контактам с окружающими блоками. Террейновая природа подтверждается присутствием фауны и флоры, принадлежащих другой географической провинции и отличающихся от сопредельных блоков. Палеомагнитные данные показывают, что породы террейнов формировались на широтах, которые значительно удалены от того места, где террейн сейчас находится.

Изучение океанов свидетельствует о крупномасштабных перемещениях океанской земной коры с включёнными в неё разнородными блоками, что привело к представлениям о механизме такого транспорта. Бен-Аврахаам и другие (1984) обратили внимание на перемещающиеся в Тихом океане вместе с корой океанические поднятия (плато ОтонгДжава, Шатского и Хесса, отмершие вулканические хребты и др., рассматриваемые в качестве микроконтинентов), которые в обозримом геологическом будущем будут причленены к континентальным окраинам в качестве террейнов (рис. 11.1).

Среди важнейших понятий концепции террейнов считаем необходимым охарактеризовать следующие: аккреция, амальгамация, дисперсия, субтеррейн, супертеррейн, шовная зона или сутура, перекрывающие и «сшивающие» образования.

Аккреция или аккретирование – тектоническое причленение террейна к континенту. При этом геологические образования террейна, сфор-

11. Террейны и террейновый анализ	247

мировавшиеся до аккреции, определяются как доаккреционные, а после аккреции – как постаккреционные.

Отмечают разные особенности аккретирования: 1) стыковка или швартовка; 2) спаивание, слипание или консолидация.

Рис. 11.1. Микроконтиненты (чёрное) – будущие террейны в структуре Тихого океана, по Бен-Аврахаму и др. (1984)

248	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Амальгамация – тектоническое объединение двух и более террейнов, произошедшее до моменета их причленения к континенту.

Дисперсия – тектоническое разрушение, расчленение на фрагменты ранее аккретированных или амальгамированных террейнов. Дисперсия может происходить тремя способами: 1) перемещением частей террейна по сдвигам на сотни и даже тысячи километров; 2) расчленением террейна надвигами на серию пластин; 3) разрушением террейна при рифтогенезе.

Субтеррейн – ограниченный разломами блок внутри террейна, имеющий сходную, но не идентичную геологическую историю.

Супертеррейн – ансамбль террейнов, обнаруживающий сходство стратиграфических и вещественных параметров или имеющий общую геологическую историю после амальгамации или аккреции.

Шовная зона или сутура – тектоническое выражение зоны коллизии, обычно содержащая офиолиты, метаморфические породы высоких давлений и тектонический меланж.

Перекрывающие образования – осадочные или вулканогенно-

осадочные толщи, накопившиеся после амальгамации или аккреции террейнов и стратиграфически перекрывающие два или более смежных террейна или террейны и окраину кратона.

Сшивающие образования пояса плутонических пород, рои даек, метаморфические пояса различной геодинамической природы, которые пронизывают смежные террейны и окраину кратона.

Выделяются следующие группы террейнов:

1.Стратиграфические террейны – содержащие стратифицирован-

ные серии и включающие три крупных категории террейнов, представляющие собой фрагменты континентов, океанических бассейнов и островных дуг.

2.Нарушенные террейны – террейны, типичным представителем которых являются меланжи с терригенным или серпентинитовым матриксом.

3.Аллохтонные, или перемещённые, террейны.

4.Экзотические, чужеродные, или мистические, террейны.

5.Аккретированные террейны – террейны, находящиеся в перемещённом положении и включенные в состав континентальной коры посредством аккреционных процессов. Аккретированные террейны являются аллохтонными, но не обязательно экзотическими.

6.Метаморфические террейны – интенсивно метаморфизованные и деформированные комплексы осадочных и магматических пород, обра-

11. Террейны и террейновый анализ	249

зование которых не может быть привязано к определённой геодинамической обстановке.

7.Композитные террейны – террейны, в которых присутствуют блоки докембрийского метаморфического фундамента. Ранее их называли аллохтонными массивами.

В Международном тектоническом словаре (1991) выделен «тектоностратиграфический террейн», который определён как ограниченная разломами территория, часто регионального протяжения, которая характеризуется единой геологической историей, отличной от таковой смежных террейнов.

По составу слагающих террейны структурно-вещественных и геодинамических комплексов можно выделять следующие типы:

1.Террейн аккреционного клина (призмы) – фрагмент в разной степе-

ни деформированного комплекса турбидитов и океанских пород.

2.Террейн континентального рифта – фрагмент континента или от-

ложений пассивной окраины, содержащий вулканический и/или интрузивный комплекс пород рифтогенного происхождения.

3.Террейн окраинно-континентальных дуг – комплекс вулканиче-

ских и интрузивных пород и ассоциирующих осадков, которые образовались над зоной субдукции, погружающейся под континент, включающие фрагменты окраинно-континентальных поясов и зрелых островных дуг.

4.Террейн энсиматических дуг – комплекс вулканических и интрузивных пород и связанных с ними осадков энсиматических островных дуг, который сформировался над внутриокеанской зоной субдукции.

5.Террейн офиолитовый – фрагменты пород офиолитовой ассоциации, меланж, состоящий из фрагментов океанской или островодужной коры.

6.Террейн пассивной континентальной окраины – комплекс осадоч-

ных отложений, перекрывающий пассивные окраины континента.

7.Террейн субдукционной зоны – тектонически совмещённые деформированные фрагменты океанской коры, верхней мантии, метаморфических комплексов высоких давлений и низких температур, аккреционных призм, турбидитов.

8.Террейны турбидитовых бассейнов – комплексы турбидитов кон-

тинентального склона, его подножия, преддуговых, междуговых и задуговых бассейнов.

250	В.П. Парначёв. ОСНОВЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Коллаж террейнов. Концепция коллажа террейнов разработана геологами Северной Америки на примере запада континента. Дж. Монгер, Д. Джонс, П. Кони и Д. Хауэллом показана мозаичная структура североамериканских Кордильер и применен термин террейн в современном понимании. В соответствии с этими представлениями новая континентальная кора орогенных поясов образуется посредством наращивания кратона отдельными аллохтонными тектоно-стратиграфическими террейнами. При этом большинство террейнов образует ансамбли покровов, состоящих из бескорневых тектонических пластин со сложной внутренней деформационной структурой. Сами террейны являются фрагментами крупных палеотектонических структур: кратонов, пассивных и активных окраин, островных дуг, окраинных морей, океанских плато, срединно-океанических хребтов и т.д. Эти палеоструктуры до этапа аккретирования находились на расстоянии в сотни и тысячи километров от современного их положения и имели различную геологическую историю, которая завершилась их дезинтеграцией и тектоническим совмещением в покровно-складчатой структуре единого орогенного пояса.

Террейновый анализ является одним из методов тектонического районирования и регионального изучения структуры и геологической истории складчатых поясов. Позже стали говорить даже о «террейнологии» (А. Сенгор, Дж. Девей).

Террейновый анализ предусматривает следующие операции:

1.Выделение террейна, а также перекрывающих и сшивающих образований, базирующееся на анализе структурных, литологических, стратиграфических и палеонтологических данных, особенностях магматизма и метаморфизма.

2.Определение на основе детальных структурных исследований границ террейна, их типов (надвиг, сдвиг, сброс и др.) и кинематики перемещений по ним.

3.Выяснение на основе комплексного подхода геодинамической обстановки формирования террейна.

4.Выяснение первоначального местоположения террейна и траектории его перемещения с использованием палеонтологических, палеобиогеографических и палеомагнитных данных.

5.Типизация и изучение постамальгамационных и постаккреционных комплексов, перекрывающих и сшивающих образований с целью реконструкции заключительных этапов тектонической истории террейна.