Arizona: Развитие Структурных Особенностей Basin&Range

Source -http://southwest.library.arizona.edu/azso/body.1_div.2.html

Развитие Basin&Range в ходе миоценовой как процесс блоково-разломной тектоники было предложено Гильбертом (1875) и позже разработано Дэвисом (1903). Они рассматривали горы как горсты, поднятые по разломам, разрушаемые, формирующие фронтоны, отделенные от долин средними структурами nickpoints. Относительно пониженные (downfaulted) блоки (грабены), заполнены осадком с предгорных склонов поперек фронтона и имеют аллювиальные поверхности.

На деле идеальное развитие предгорных склонов, фронтонов и гор значительно сложнее. Некоторые нормальные разломы имеют много зеркалов разломов. Эрозия горстов и заполнение грабенов идет при жизни разлома, а не после его окончания. Вулканизм затронул большую часть блоково-разломного пейзажа, так как магма интрудирует нормальные разломы, а размер блоков в Basin&Range колеблется от блоков масштаба целых горных цепей до относительно маленьких, менее чем 90 м, которые имеют возраст позднего миоцена.

Объяснить все это в дополнение к классической модели были предложены две другие общие модели структуры глыбовых хребтов (Стюарт, 1980). Модель наклонных блоков (tilted-block model) объясняет происхождение блоков с наклоном и понижением (downdropping), что связано с фрагментацией верхнего кристаллического куска коры (upper crystal slab) внутри плавучих блоков (buoyant blocks). Другая модель, модель разломов listric, связана с нисходящими к основанию до параллельных поверхности Земли listric разломами. Именно listric faulting случился в Аризоне в средине миоцена, а не в течение главной деформации Basin&Range, наиболее ответственной за конфигурацию Бассейнов и Хребтов период 13-12 Ма, закончившейся к 10-6 Ма в юго-западной Аризоне (Shafiqullah и др., 1980). Menges и McFadden, 1981, полагают, что эта деформация продолжалась дольше, до 3 Ма и сопровождались более высоким углом наклона пород и нормальными разломами, но на постоянно уменьшающейся территории и более ограниченного масштаба. Этот постбассейн и период неотектонизма закончен в четвертичный период в юго-западной Аризоне, но эпизодически в позднем плейстоцене и даже раннем голоцене продолжался на юго-востоке и северо-западе. Morrison, Menges и Lepley, 1981 также полагают, что большинство неотектонических разломов Бассейна и Хребтов находятся в межгорных бассейнах и лишь немногие из них локализированы в блоках горы. Они также полагают, что большинство смещений случилось более чем 100 000 лет назад и было единичным событием, а Calvo и Pearthree, 1982, предъявили полевые свидетельства, что два разломных события произошли в течение прошлых 250 000 лет на западном предгорном склоне горы Санта Риты к югу от Тусона.

Современная концепция тектоники плит и континентального дрейфа также используется, чтобы объяснить происхождение физиографических особенностей Basin&Range.

Согласно тектонике плит две системы деформаций окружающих сред существуют на западе Соединенных Штатов и они и внесли вклад в структурные особенности Basin&Range (Atwater, 1970). Одна из них, сompressional shearing, произошла в течение домиоценового времени, когда Северо-Американская плита конвергировала с East Pacific Rise (Damon, 1971). Результирующее складкообразование и разломы были особенно серьезны в области Basin&Range. Переход к напряжениям от compressional к tensional в Basin&Range произошел в средине каинозоя (миоценового) времени. Интенсивные нормальные разломы, часто упоминаемые как "разломы бассейнов и хребтов" и коровая экстенсия связаны с этим более поздним напряжением окружающей средой. Это напряжение в Basin&Range вызвано прямым контактом американской и западно-тихоокеанской плит по право-боковому разлому Сан Андреас (Christiansen и Lipman, 1972). Механизмы, которые причиняли изменение в тектоническом регулировании в среднем каинозое, дискутируются (Huntoon, 1974a; Stewart, 1978). Значительный вулканизм также произошел в течение миоцена.

С тектоникой кайнозоя коррелируются две стадии, два отличительных типа вулканизма (Lipman и др., 1972; Christiansen и Lipman, 1972) вулканизма в западной части североамериканской плиты. Вулканические породы домиоценового и миоценового времена периода сompressional shearing являются главным образом промежуточными (андезит и риодацит rhyodacite) по составу. Вторая стадия – базальты с малым количеством риолитов, сформированные в течение напряженной сompressional shearing поздне каинозойского времени.

Coney, 1978, описал шесть стадий тектонического развития юго-восточной Аризоны в течение 200 Му, но Scarborough и Peirce,1978, однако, разделили каинозойскую историю Аризоны на четыре относительно четких геологических интервала, которые показывают, что тектоническая история более сложна, чем могла бы быть выведена из двух тектонических эпизодов, связываемых с каинозоем в аризонской части Basin&Range. Согласно им здесь следует выделять такие события:
- эоценовое спокойствие,
- массовый поздне олигоценовый – ранне миоценовый кальциево- алкалийный щелочной (calc-alkaline) вулканизм и плутонизм и сопряженное осадконакопление,
- подвижки в Basin&Range и связанное с этим позднее миоценово-плиоценовое заполнение бассейнов
- заполнение основной массы бассейнов в средине плейстоцена, сопровождаемое потоком выноса материала downcutting, развитием террас и долин, разгрузкой эрозии по главным рекам Аризоны.


2.2 Геоморфология и Почвы
Характер почв аризонского участка Бассейнов и Хребтов напрямую связан с геоморфологией поверхности с которой они связаны. Эти геоморфологические отношения поверхности и почв описаны Gile,1975, 1977) в пустыне Chihuahuan в южной части Нью-Мексико и Shlemon, 1978) в юго-восточной пустыне Мохаве в Калифорнии и Аризоне. Peterson, 1981, предоставил детальные описания и классификации почв в Неваде.

Почвы гор мелкие, развиты на скалах и гравии. Они получены от различных пород на умеренных до крутого склонов. Развитие профиля почвы переменное и зависит от стабильности эрозионной поверхности и вида родительской породы и могут быть сгруппированы как почвы, сформированные на гранитах, сланце или вулканогенах.

На экспонированных поверхностях гранитные и связанные с ними породы имеют тенденцию производить по склону мелкозернистый гравий и песок. Главный вовлеченный процесс – распад на гранулы, где индивидуальное зерно породы ломается с малым или нулевым химическим изменением. Этот материал транспортируется ветром и водой по крутым наклонам. Почвы на таком материале имеют мелкий слабо развитый профиль и составлены из грубого песка, гравия и фрагментов породы. Под этой поверхностью почва состоит из гравия и песчаного суглинка.

Эффекты процессов выветривания на вулканических породах заметно отличаются от таковых на гранитных камнях. Вулканические породы демонстрируют резкий переход от свежей породы к мелкозернистой почве с небольшим, если таковой вообще имеется, посредничеством сапролита. Этот процесс предлагает, чтобы породы разрушаются с внешней стороны внутрь. Выветрелые породы удаляются из состава пород и входят в состав почв, которые они формируют. Острый фронт выветривания на базальте и подобных породах весьма обычен также во влажных областях, где полный переход от свежей породы к сапролитам простирается на расстоянии меньше чем 0.2 см. Кольца выветривания, схожие с описанными у Colman и Pierce, 1981, здесь весьма обычны. Вулканические камни имеют тенденцию быть покрытыми лаком пустыни (desert varnish), особенно в западной Аризоне. Развитие профиля почвы изменяется значительно в зависимости от того, сформировалась ли почва в пределах чрезвычайно голых поверхностей скал или она формировалась на удалении (такие почвы имеют хорошо выраженный B horizon и управляется главным образом нормой удаления soil-material removal rate. TS18, Graham-Lampshire-House Mountain Association содержат почвы, сформированные на вулканических развалах, которые являются мелкими, меньше чем 50 см. Почвы Graham soils показывают сильное развитие Bt horizon, почвы Lampshire и House Mountain демонстрируют ограниченное развитие профиля почвы.

Породы педимента испытывают недостаток в аллювиальном покрытии. Почвы на фронтонах вообще мелки, но в некоторых случаях все же развили профили. Несколько горных цепей в юго-восточной Аризоне имеют высоты 2 730 м. Почвы этих гор отличаются от почв низких горах из-за холода и влажности. Высокогорные остаточные почвы вообще является более кислыми и обогащенными органикой.

Почвы на старых аллювиальных поверхностях показывают развитые профиля, так как они имели возможность формироваться { в течение долгого времени. Это террасы фронтона, террасы конусов выноса и речные террасы (pediment terraces, fan terraces и fluvial terraces). Высокая степень развития профиля идентифицируется увеличенными накоплением глин в горизонте B или argillic горизонтах и формировании зон накопления карбоната кальция, или известкового горизонта. В продвинутых стадиях развития почвы известковые горизонты образуют отверделые слои petrocalcic горизонтов.

Общепринятое, что почвы с argillic горизонтами - старые почвы и что в засушливых и полузпустынных областях они, возможно, сформировались при более влажном климате (Smith, 1965; Gile and Hawley, 1968; Nettleton et al, 1975). Преобладающее мнение то, что более высокое содержание глины в B горизонте происходит из-за иллювиального процесса. Однако признается, что пропорция иллювиальной глины является относительно маленькой по сравнению с глиной, унаследованной от родительского материала и сформированной в B горизонте. Количественные данные Brewer, 1968 и Hill, 1970 поддержали это заключение. Однако иллювиальная глина может объяснить структурные различия между argillic и перекрывающими элювиальными горизонтами.

Почвы с известковыми (и petrocalcic) горизонтами часто связывают с известковым родительским материалами, хотя эолийские отложения (aeolian deposits) в этом случае могут быть важным фактом (Ruhe, 1967). Почвы с развитыми petrocalcic горизонтами датируются поздним - или средним плейстоценом (Gile, Peterson и Grossman, 1966). Формирование в южной части Нью-Мексико таких горизонтов происходит более быстро в состоящем из гравия аллювии на поверхностях позднего плейстоцена чем безгравийном аллювии среднегоплейстоцена. Известковые горизонты требуют меньше времени на свое формирование и предшествуют формированию petrocalcic горизонтов.

Развитые почвы с отверделыми слоями, в которых кварц является доминирующим агентом цементирования (duripans), также находятся среди почв Basin and Range, хотя они не столь распространены как почвы с petrocalcic горизонтами. Различение duripan и petrocalcic горизонтов затруднено в полевых условиях. Дuripan формируется, когда кварц находится в растворе при выветривании в одной части почвенного профиля и осаждается в другойчасти того же самого профиля или в смежных профилях (Flach и др.,1969). Кварц получен прежде всего из вулканической золы и он связывает пирокластические родительские материалы, которые содержат элементы с очень низким сопротивлением химическому вуветриванию. Duripans также мог формироваться в содовых (sodic) почвах типа почв Stewart TS11, Ассоциации Gothard-Crot-Stewart. Содовые почвы имеют высокий pH, до 9.0 - 9.5. Растворимость кварца незначительно отличается по pH 4.0- 8.0. Содовые почвы с pH более чем 8.5 испытывают очень быстрые увеличения растворенного кварца и способны формировать duripan (Krauskopf, 1956).

Почвы, полученные из молодого аллювия на предгорных склонах и активных конусах выноса испытывают недостаток в развитии профиля. Эти почвы состоят из грубо-текстурированного песчаного суглинка или гравия с песчаным суглинком и хорошо представлены почвами Anthony и Antho.
Antho почва находится на более низком предгорном склоне около поймы и иногда формируется из аллювия конусов выноса, простирающихся ниже старой аллювиальной поверхности в пойму. Почва Энтони и большинство подобных ассоциаций включает другие почвы, сформированные на старом аллювий и отражающих сложный образец распределения молодого и старого аллювия на предгорных склонах.

Поймы также составлены из молодого аллювия и содержат почвы, похожие на сформированные в молодом аллювии на предгорных склонах, но они тонко текстурированные и имеют относительно высокое содержание органического вещества (более 1 %), что выше чем, ожидался бы в данном климате и это может быть результатом двух факторов.

Первый фактор - то, что многие из почв могут быть реликтовыми и могли сформироваться при условиях cienega, что подобно луговым условиям, которые способствуют наращиванию органического вещества. Кроме нескольких областей этих условий больше не существуют, но палеопочвы остались. Второй фактор вовлекает стратификацию материала родителя почвы, характеризующуюся нерегулярным распределением органического вещества по глубине почвы. Это указывает на то, что органический материал был депонирован частично с родительским материалом в период периодических наводнений. Органический материал мог быть поставлен в родительских материал от почв вверх по течению в исходных областях.