Metamorphic Core Complexes -B&R models

Каинозойская экстенсиональная деформация в южной Аризоне включала (1) фазу неогеновой деформации Бассейнов и Хребтов, зарегистрированную крутыми нормальными разломамии (2) более раннюю фазу разломов детачмент и brittle-ductile crustal shearing, связанную с тектонической денудацией (tectonic denudation) и обнажением метаморфических ядерных комплексов. В области Catalina-Rincon экспозированные зоны разломов на различных коровых глубинах в течение последовательных экстенсиональных эпизодов, отличающихся и типом геометрии, и составом пород, сформировшихся в течение прогрессивного корового расширения. Разломы детачмент ассоциируются с обоими процессами – производством милонитов в ductile shear и производством катаклазитов в brittle shear. Более молодые разломы, сформированные на более мелких глубинах, связаны с менее интенсивной катакластической деформацией и с ломким фрактурингом (brittle fracturing), что включает transtensile явления на самых малых коровых уровнях. Существующий высокий подъем милонитов в МСС Catalina-Rincon отражает dip slip падения и изостатическую флексуру в течение деформаций в Бассейнах и Хребтах так же как и тектоническую денудацию в течение последовательных образований разломов. Чистый подъем метаморфического ядра следовал из многократных стадий деформации.

Существует множество теорий происхождения МСС.
Crustal Flow Model
Gravitational Spreading Model
Isostatic Uplift
Magmatic Underplating or Intrusion
Rolling Hinge
Flexural Uplift


МОДЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ КОРЫ (Crustal Flow Model)
Когда висящая стена (hanging wall) нормального разлома детачмент утончается, вертикальный груз, который действует на нижние слои, уменьшается. Это создает горизонтальный градиент давления в глубине и заставляет боковой поток подниматься вверх, чтобы уравновесить градиент.
Модель построена на изостазии (Spencer, 1984; Buck, 1988; Werneke and Axen, 1988) и поведении астеносферного потока. Другие (Block and Royden, 1990; Gans 1987; and Thompson and McCarthy, 1986) предлагают, что поток в нижней части коры в региональном масштабе движется благодаря боковым градиентам давления, созданным при утончении верхней коры. Это кончается уплощением Moho (см.рисунок). Однако Lachenbruch and Sass,1978, утверждают, что температура в основе корыи в Бассейне и Хребтах превышает температуру, в которой податливый ductile поток является необходимым. Также, как считает Gans, 1987, верхняя кора должна быть расцеплена от более низкой коры, потому что большие количества нового материала должно притечь в кору в течение stretching, чтобы обеспечить нужный размер экстенсии.

МОДЕЛЬ ГРАВИТАЦИОННОГО СПРЕДИНГА

Нестабильность переутолщенной коры, сформированная в течение орогенезов Sevier-Laramide приводит к изостатическим подвижкам (Coney and Harms, 1984). Создалась гравитационно нестабильная кора, которая растекается наружу под ее собственным весом. Спрединг приходит от уменьшения вязкости вещества из-за нагрева мантийным теплом –возникает тепловое расслабление сверхутолщенной коры, коллапс и размельчение ларамидской зоны Бениоффа (Laramide Benioff), что, возможно, сняло региональный стресс в регионе и спровоцировало экстенсию (Sonder, et el., 1987),
Утолщенная кора в Аризоне имееет только одну степень свободы для экстенсии – на восток, потому что с запада находится неподвижное Плато Колорадо. Эта тектоника полностью деформировала более ранние структуры сжатия Laramide и Sevier Orogenies.

Таким образом, сами внутренние силы создают гравитационный спрединг. Утолщенная корка и гипсографически возвышенное положение при растекании провоцируют нормальные разломы и спрединг.

Реконструкция толщины коры Post-Laramide (palinspastic и paleoisopach), выполненная Coney and Harms, 1984, приведена на рисуюке. Контуры - корковая толщина (км). Области утолщенной коры охватывают площади, которые, кажется, совпадает с Кордильерами и определенно совпадают с метаморфическими ядерными комплексами МСС.

ИЗОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДЪЕМ
Werneke и Axen, 1988, интерпретируют подъем МСС как «неупругий ответ коры силам плавучести, сопровождающий тектоническое обнажение края плато».

МАГМАТИЧЕСКОЕ ВТОРЖЕНИЕ (Underplating)

Магматическая модель этого типа предложена Rehrig и Reynolds, 1980. Она включает:

A) Три отличных слоя коры: 1) твердая пластина, 2) зона милонитизации, 3) зона бокового расширения (lateral dilation –изменение объема).

B) магматическая интрузия stretches зону 2.
C) Экстенсия в зоне 3 провоцирует напряжение сепарации и интрузивное расширение (dilation). В зоне 2 развиваются милониты, проникающая (penetrative) экстенсия и уплощение (сглаживание).
D) Дифференциация в ответ на коровую экстенсию между зонами 1 и 2 создает дифференциальное напряжение differential strain и фрагментацию твердой пластины.
E) Формируется decollement и блоки разломов вращаются. Происходит отложение осадков.
F) Денудация увеличивается, происходит обнажение, кора значительно утончается и зона 1 удаляется , зона 2 имеет деформационное утончение и снова происходит подсос магматической интрузии и подъем.

ВРАЩАЮЩИЙСЯ СТЕРЖЕНЬ (Rolling Hinge)
Werneke 1985

ФЛЕКСУРООБРАЗНЫЙ ПОДЪЕМ

Данные метода сейсмической рефракции (метод преломленных волн и изучение гравитационного поля показывают коровый корень под метаморфическим ядерным комплексом Catalina-Ricon.

Holt и др., 1986, Wallace и др., 1986 выделили три стадии подъема флексуры:

- локальное коровое утолщение или формирование корня перед средне-третичным временем,
- региональный слабый изостатический подъем поверх локального корня в ответ на тектоническую денудацию, которая экспозировала породы низких горизонтов на поверхности,
-почти заканченный локальный изостатический подъем после формирования в Бассейне и Хребтах крутых разломов.

Спенсер, 1984, рисует схематическую диаграмму деформирования и подъема разлома детачмент, благодаря которому и обнажаются глубокие коровые слои.
Связь МСС и их низко-угловых детачментов с континентальной экстенсией долго не признавалась именно из-за таких малых углов.

Кроме того, здесь почти не регистрируются землетрясения. Это очевидное противоречие было снято, когда предложили, что высоко-угловые нормальные разломы могут иметь вращательную составляющую в течение их развития в мало-угловые нормальные разломы (эффект домино, ‘domino-faulting’ или rolling hinge model модель катящегося стержня), посредством чего крутые разломы проседают и переходят к более полого падающие. Много наблюдений ядерных комплексов, однако, несовместимы с этими моделями, и кажется, что многие низко-угловые детачменты были инициированы и развивались уже по мало-угловым разломам – теория оказалась несовместимой с геологическими наблюдениями.

Альтернативные объяснения были получены для мало-угловых разломов при учете высокого давления флюидов вдоль детачментов или существующих ранее анизотропий (типа милонитовых гнейсов), произведенных пластической деформацией в более глубокой коре. Эти два механизма (возможно в комбинации) могут создать ослабленные зоны, вдоль которых ломкое (brittle) движение может иметь место, даже под низкими углами и с небольшой сейсмической активностью.

Source:

http://www.colorado.edu/GeolSci/Resources/WUSTectonics/CoreComplex/5700.html
http: // science.jrank.org/pages/47851/metamorphic-core-complex.html
http: // www.colorado.edu/GeolSci/Resources/WUSTectonics/CoreComplex/Arizona.html
http: // gsabulletin.gsapubs.org/content/116/1-2/128.abstract

http: // geology.isu.edu/Digital_Geology_Idaho/Module1/mod1.htm
http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/part1.html
http://gsabulletin.gsapubs.org/content/116/1-2/128.abstract

Theories