“ГОРЯЧИЕ” СДВИГОВЫЕ СИСТЕМЫ — ГЛОБАЛЬНЫЙ ФАКТОР ЭВОЛЮЦИИ
КОНТИНЕНТОВ (ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ СЦЕНАРИИ И ЧИСЛЕННЫЕ МОДЕЛИ)

Координаторы: член-корр. РАН Скляров Е. В., д-р геол.-мин. наук Владимиров А. Г.,
д-р физ.-мат. наук Михайленко Б. Г., д-р геол.-мин. наук Шарапов В. Н.

Исполнители: ИЗК, ИГ, ИМП, ИВМиМГ, ИТ, ИГАБМ, ИТПМ СО РАН

На основе комплексных исследований механизмов взаимосвязи тектонических движений, метаморфических и магматических процессов, характерных для развития аккреционно-коллизионных и коллизионных горно-складчатых орогенных поясов, предложена их классификация, учитывающая масштабы, геометрию и реологию коллидирующих блоков (см. таблицу), а также роль аномально разогретых (астеносферных) выступов верхней мантии. Последние неизбежно возникают под коллизионными швами в результате перекрытия срединно-океанического хребта (СОХ) континентальной литосферной плитой и/или отрыва слэба в зонах коллизии.

Масштабы, геометрия и реология коллидирующих континентальных геоблоков (с учетом мощности
и жесткости подстилающей литосферной мантии)

Коллизия “континент—континент”, достигающая стадии жесткого взаимодействия кратонов.Восходящие мантийные потоки в этих случаях играют незначительную роль из-за разрушения астеносферного слоя под гигантским орогенным горно-складчатым сооружением

Скандинавский тектонотип —лобовое (фронтальное сжатие)без внутриконтинентальной субдукции

Гималайский тектонотип —лобовое (фронтальное сжатие)с внутриконтинентальной субдукцией

Памирский тектонотип, связанный с внедрением Пенджабского выступа в Азиатский континент с проворачиванием Нуристан-Бадахшанского блока (один из промежуточных вариантов)

Коллизия “континент—микроконтинент (супертеррейн)” в вариантах мягкого взаимодействия сиалических масс. Восходящие мантийные потоки (палеоСОХ и вторичные мантийные диапиры, связанные с отрывом слэба) играют существенную роль в формировании орогенных горно-складчатых сооружений

Черский тектонотип, иллюстрирующий мягкую коллизию с закрытием периокеанических бассейнов без признаков восходящего мантийного потока под ними

Байкальский тектонотип, иллюстрирующий мягкую фронтальную коллизию с предшествующей стадией АКО калифорнийского типа

Алтайский (Шотландский) тектонотип, иллюстрирующий сдвиговое взаимодействие сиалических геоблоков при их проворачивании относительно друг друга

Аккреционно-коллизионные процессы, связанные со столкновением (причленением) относительно мелких сиалических геоблоков в вариантах: континент—фрагмент дуги, дуга—дуга, дуга—микроконтинент, дуга—симаунт и др. Восходящие мантийные потоки, связанные с палеоСОХом, задуговым спредингом, окраинно-континентальным рифтогенезом и отрывом слэба в ходе аккреции, начинают играть решающую роль при формировании орогенных горно-складчатых сооружений

Введено новое понятие “горячих сдвиговых систем” (ГСС) с периодически повторяющимися всплесками тектономагматической активности, формирование которых обусловлено одновременным действием двух главных факторов: 1) существованием под коллизионными швами восходящего мантийного потока, 2) релаксацией тангенциальных напряжений вдоль региональных сдвигов, определяющих характер взаимодействия коллидирующих блоков и, как следствие, структуру возникающих орогенных сооружений. На примере сравнительного тектонического анализа коллизионных орогенов Азии (Алтайские горы, Pz3—Mz1; Забайкалье, Mz1–2; хребет Черского на северо-востоке Азии, Mz1–2; Памиро-Гималаи, Mz2—Kz) обоснованы геодинамические сценарии и разработаны петрологические индикаторы горячих сдвиговых и сдвигово-сбросовых систем. Особое внимание уделено постколлизионному этапу эволюции орогенов, формирующихся в результате коллизии “континент — микроконтинент”.

Выделено два ведущих тектонотипа коллизионных орогенов, возникающих в этих условиях: Байкальский, для которого характерно перекрытие тепловой аномалии СОХ краем континента (рис. 1), и Алтайский, когда тепловая аномалия СОХ остается непосредственно под коллизионным швом в результате сокращения океанического бассейна на фоне вращения континентальных литосферных плит относительно друг друга (рис. 2).

Рис. 1. "Горячая" сдвигово-сбросовая система (Байкальский тектонотип), формирующаяся на постколлизионном этапе тектогенеза в результате столкновения микроконтинента с активной континентальной окраиной калифорнийского типа. Тепловая аномалия СОХ, перекрытая краем континентальной литосферной плиты, инициирует растяжение в земной коре, и, как следствие, - коллапс орогенного сооружения.

Fig. 1. "Hot" shear-fault system (Baikal tectonic type), formed on postcollision stage of tectogenesis as result of collision of microcontinent with Californian-type active con-tinental margin. Thermal anomaly of Middle-Ocean Ridge blocked by edge of continental lithospheric plate and initiates stretching in earth's crust and as a consequence - collapse of orogen structure.

Рис. 2. "Горячая" сдвиговая система (Алтайский тектонотип), формирующаяся в результате столкновения двух континентов или континента с микроконтинентом на фоне их постоянного вращения относительно друг друга. В этом случае тепловая аномалия СОХ остается непосредственно под коллизионным швом, а на постколлизионном этапе решающую роль приобретают трансрегиональные сдвиги, контролирующие подъем мантийных магм, высокоградиентный метаморфизм и формирование гранитоидных батолитов.

Fig. 2. "Hot" shear system (Altay tectonic type), formed as a result of collision of two continents or continent with micro-continent during their constant rotation rather each other. In this case the thermal anomaly of Middle-Ocean Ridge re-mains directly under collision suture, and on postcollision stage a transregional shear deformations controlling mantle magmas raising, high-gradient metamorphism and formation of granitoid batholites get a main role.

В первом варианте на постколлизионном этапе происходит коллапс орогена с интенсивным растяжением над астеносферной тепловой аномалией (горячая сдвигово-сбросовая система), во втором решающую роль играют трансрегиональные сдвиги, приводящие к формированию бассейнов типа pull-apart и синсдвиговых гранитоидных батолитов.

Созданы математические 3D модели, позволяющие провести анализ: 1) деформаций с учетом теплового потока и реологии литосферных плит; 2) динамики верхнемантийного течения вещества под коллизионными зонами с учетом фазовых переходов и граничных условий частичного плавления, приводящего
к появлению под коллизионными орогенно-складчатыми сооружениями в момент их формирования крупных объемов мантийных магм и, как следствие, — к метаморфизму и выплавлению крупных объемов гранитоидных магм в земной коре; 3) флюидного режима коллизионной мантийно-коровой системы.

Построены математические 3D модели для двух типов обстановок, отвечающих Байкальскому и Алтайскому случаям коллизии “континент — микроконтинент”. Одним из результатов является численное моделирование комбинации тектонических режимов растяжения, сжатия и сдвига на участке литосферы, осложненной сетью нерегулярных разломов. Это позволило предложить возможные сценарии тектономагматической деятельности в изучаемых регионах и дать объяснения причинам образования и специфики эволюции горячих сдвиговых и сдвигово-сбросовых систем в континентальной литосфере.

Впервые разработаны подходы и алгоритмы для описания совместной динамики вязкой мантии и пластичной литосферы в рамках “сквозной” математической модели. Такой подход позволяет смоделировать генерацию плитных движений, исходя из общемантийной конвекции с учетом фазовых переходов.

Список основных публикаций

  1. Владимиров А. Г., Козлов М. С., Шокальский С. П. и др. Основные возрастные рубежи интрузивного магматизма Кузнецкого Алатау, Алтая и Калбы (по данным U-Pb изотопного датирования)// Геология и геофизика. 2001. Т. 42, № 8. С. 1157—1178.

  2. Титов А. В., Хромых С. В., Владимиров А. Г., Поспелова Л. Н. Расплавные включения в гранате и кварце из дацит-порфиров Актобинской вулканической структуры (Казахстан): оценка условий генерации и состава первичных расплавов// Докл. РАН. 2001. Т. 377, № 1. с. 86—90.

  3. Титов А. В., Владимиров А. Г., Выставной С. А., Поспелова Л. Н. Необычные высокотемпературные фельзит-порфиры в постгранитном дайковом поясе Калгутинского редкометалльно-гранитного массива (Горный Алтай)// Геохимия. 2001. № 6. с. 677—682.

  4. Травин А. В., Бовен А., Плотников А. В., Владимиров В. Г. и др. 40Ar/39Ar датирование деформаций в Иртышской зоне смятия (Восточный Казахстан)// Там же. № 12. с. 1347—1350.

  5. Плотников А. В., Бибикова Е. В., Титов А. В., Крук Н. Н., Грачева Т. В. О возрасте метаморфизма кианит-силлиманитового типа южно-чуйского комплекса (Горный Алтай): результы U-Pb изотопного исследования цирконов// Там же. 2002. № 6. с. 579—589.

  6. Шарапов В. Н., Черепанов А. Н., Акимцев В. А., Черепанова В. К. Модель динамики сублимирования пород литосферы над очагом базитового расплава// Докл. РАН. 2002. т. 385, № 4. С. 533—536.

  Оглавление Далее