Basin and Range

Начало экстенсии в области Большого Бассейна

Начиная с миоцена плато Колорадо испытало подъем в два километра. Наряду с высоким тепловым потоком, сейсмичностью, сбросообразованием и базальтовым, типа океанских островов, вулканизмом, это рассматривается как результат утонения мантийной литосферы и ее замещения астеносферой под воздействием субдукции океанской плиты Фараллон.

Вместе с тем со стороны залива Калифорния развивается зона рифтинга.

Начало растяжения в области Большого Бассейна относится к раннему-среднему олигоцену, максимум к среднему миоцену, но движения по разломам продолжаются и в современную эпоху. Масштаб растяжения оценивается величиной от 190 до 250 км при общей современной ширине Бассейна в 700 км. При этом кора испытала утонение до менее чем 30 км против 40-45км под Сьерра-Невадой и 40-45 км под плато Колорадо.

Согласно глубинному строению Бассейнов и Хребтов, определяющую роль в структуре играет поверхность срыва, наклоненная к западу от восточного края зоны, выполаживающаяся книзу до практически горизонтального положения в пластичном слое нижней коры. Подтверждением справедливости этих построений служат обнажения метаморфизованного нижнекорового комплекса из под незатронутого метаморфизмом и разбитого крутыми разломами верхнекорового. Верхняя кора имеет мелкоблоковое строение, состоящее из односторонних горстов с поверхностью, наклоненной большей частью навстречу основному срыву. С противоположной стороны горсты ограничены листрическими сбросами, сливающимися на глубине с основной поверхностью срыва.





Область Бассейнов и Хретов - страна высоких гор и глубоких долин. Область выделяется своей уникальной топографией и по меткому выражению геологов напоминает ползущих на юг гусениц. Регион характеризуется резкими перепадами рельефа, чередованием узких, обрамленных разломами горных цепей (tilted: с падением пластов и на запад, и на восток) и плоских бессточных выжженных долин (бассейнов).

Область разделена на пять физиографических секций и включает Большой Бассейн с частью пустыни Mojave, пустыню Sonoran, прогиб Salton Trough, Mexican Altiplano, и секцию Sacramento. Большой Бассейн – самая большая часть в Basin and Range. Эта ланд-масса замкнута сама на себя, т.е. имеет только внутренний дренаж и состоит из комбинация 200 отдельных гидрографически закрытых областей.

Место встречи бассейнов и хребтов практически не определяется из-за выноса эрозионного материала по флангам хребтов. Как это ни кажется странным в засушливом климате, где дожди являются исключительным явлением, основную роль в эрозии играет вода. Во время гроз, которые все же иногда имеют место, денудация может иметь катастрофический эффект. Поверхностная вода не задерживается растительностью и почвой по причине отсутствия таковых и беспрепятственно скатывается в долину все сметающим потоком, в то время как грунтовая вода просачивается через рыхлые пористые осадки к основным водоносным горизонтам. Лавинообразный поверхностный сток механически ломает породу и транспортирует ее вниз горы. Эти депозиты формируют предгорную область bajadas; обширные равнины развалов породы у подножья гор. Эти отложения легко распознаются по плохо сортированному гравию и вогнутой-восходящей форме, которая гладко наклонена к уровню бассейна. Низкие уступы разломов бегут параллельно фронту хребтов и аллювиальным фанам у выхода каньоны - разлом возмущает лежащие страты и одна его сторона стоит выше другой как утес. Из-за страт несцементированного материала, уступ, однако, легко разрушается.

Области разгрузки в самой нижней части долины заняты плейями. Здесь накапливается галит (halite), natron, бура, thenardite, mirabilite и trona.

Область Бассейнов и Хребтов огромна. Она тянется на 750 км от уступа разлома по борту западной Сьерра-Невады с горой Mt. Whitney (4.416 м) на восток до разлома Wasatch, Hurricane Cliffs и Wasatch Front в Юте, плато Колорадо и рифта Рио-Гранде. Область охватывает большую часть восточной Калифорнии, восточного Орегона, восточного Вашингтона, Невады, западной Юты, южной и западной Аризоны и юго-востока Айдахо (в Idaho Бассейны и Хребты пересечены вулканическим трэком Snake River Plain). B&R тянутся на север до плато Колумбии и на юг до транс-мексиканского вулканического пояса, хотя, возможно, на юге эта граница очерчена ларамидами (Laramide orogeny). На западе Бассейны и Хребты граничат с ларамидским трастовым фронтом Sierra Madre Oriental, Калифорнийским заливом и полуостровом Baja с менее очевидными разломами в Западной Сьерра-Мадре.

Область сложилась в результате последнего тектонического случая, характеризуемого экстенсиональной тектоникой, которая началась примерно 17 Ма в раннем миоцене. В течение этого раннего каинозоя (а может и раньше) кора, лежащая в основе Basin and Range, начала вздыматься и растрескиваться (brittle) в ходе резкого подъема, что сформировало многочисленные разломы, некоторые из которых, возможно, входили глубоко в кору. Большинство подвижек произошло в неогене и продолжается в настоящее время.

Считается, что топография провинции Бассейнов и Хребтов - результат экстенсии и утончения литосферы. Средняя толщина коры в провинции Бассейнов и Хребтов - 30-35 км. Кора в соединении с верхней мантией образует литосферу, которая здесь составляет 60-70 км. Экстенсиональная среда характеризуется развитием listric normal faulting - разломами, которые становятся субгоризонтальными на глубине. Доминирующая физиографическая структура создана горстами и грабенами (или полуграбенами). Эти смятые в складки блоки составлены из докаинозойских пород, некоторые из которых чрезвычайно деформированы. Грабены заполнены мощным синтектоническим аллювием четвертичного времени. Плоскость разлома на поверхности падает под углом 60 градусов на запад или восток, перепад по вертикали между двумя сторонами 3-3.5 км.
Мнения относительно степени экстенсии региона сильно варьируют между 50-200% от pre-Basin and Range (Faulds и Varga, 1998), однако в среднем это 100%-я полная боковая экстенсия (lateral extension). Эта экстенсия происходит главным образом по большим разломам и зонам, где эти нормальные разломы взаимодействуют друг с другом. Полное боковое смещение в Бассейнах и Хребтах изменяется от 60 - 300 км начиная с начала инициирования в раннем миоцене в южной части области при распространении далее на север. Нормы расширения для Большого Бассейна - 1-5 см в год (Moores et al., 1995). Accomodation and transfer zones are zones where individual extended areas are overlapped or juxtaposed, respectively.
Самый старый разломный процесс произошли в центральной части области и мигрировали в восточном направлении и на запад, следовательно самые молодые, самые активные разломы расположены в юго-восточной части Айдахо и западном Вайоминге, и по восточному фронту Сьерра-Невады (Owen Valley). Нормальные разломы области Basin and Range вызваны силами растяжения, которые подражают динамике плит большого масштаба.

Существует определенная зависимость между тектоникой и передачей высокой температуры из недр Земли. Присутствие твердого тела экранирует тепловой поток. Толстая и менее плотная континентальная кора, показывающая более низкую чем в базальте сейсмическую скорость, имеет более низкий, чем в океанах тепловой поток. Однако поток высокой температуры (90mW/min2) в Basin and Range указывает на то, что кора здесь тоньше обычной, а значит имеется более горячий (и поэтому менее плотный) материал близко к поверхности и таким образом подразумевается, что под областью Бассейнов и Хребтов мантия резко поднимается.

Это явление подтверждают и данные о распространении сейсмических скоростей. Сейсмические скорости приносят знание о плотности и эластичности пород коры. Они увеличиваются с глубиной из-за давления корового материала, однако в случае Бассейнов и Хребтов зависимость нарушена – прямо под корой появляется низкая скоростная зона разуплотненной астеносферы. Эта астеносфера поднимается вверх и приводит к разрушению основ континентальной литосферы, вызывая ее растяжение (stretching) и утончение.

Тектонические механизмы, ответственные за литосферную экстенсию в области Бассейнов и Хребтов все же спорны. Ключевые события, предшествующие экстенсии в провинции Бассейнов и Хребтов включают длительный период сжатия из-за субдукции плиты Фараллон под западное побережье Северной Америки, которая стимулировала утолщение коры в предыдущие эпохи.

До эоцена (55.8-33.9 ±0.1 Ма) норма конвергенции плит Фараллон и Северная Америка была быстрой, угол субдукции был мелким, и ширина куска субдукцирующей плиты (slab) была огромной. В раннем миоцене большая часть плиты Фараллон субдукцировалась и срединно-океанический спрединговый хребет, который отделял плиту Фараллон от Тихоокеанской плиты (East Pacific Rise) приблизился к Северной Америке.

В течение эоцена сжимающие силы плиты Фараллон вызвали орогенезы Laramide, Sevier и Nevadian, а взаимодействие плит сменилось с ортогонального сжатия (господствующего примерно 200 Му) до oblique strike-slip. В среднем миоцене Восточное Тихоокеанское Поднятие субдукцировалось под Северную Америку, однако плита Фараллон продолжала существовать в зоне субдукции в мантии. Движение в этой граничной области разбило Восточное Тихоокеанское Поднятие и породило трансформный разлом Сан Андреас, который продолжил генерировать oblique strike-slip.

В средине третичного периода в Basin and Range был излит большой объем вулканического материала (ignimbrite flare-up). Это навело на мысль, что плита Фараллон продолжала underthrust примерно до 19Ма, а когда этот ресурс иссяк, вулканическая деятельность частично прекратилась. Оливиновый базальт от срединно-океанического хребта прорвался примерно 17Ма и начался период экстенсии.

Формирование Бассейнов и Хребтов начались в течение миоценовой эпохи около Северо Невадского Рифта в центре области и продолжается до настоящего времени. Эта экстенсия может быть результатом смены тектонического режима и снятия субдукционной компрессии (релаксационная экстенсия): сжатие, которое доминировало в течение Cordilleran Orogeny, прекратилось, стресс снимается противоположным движением. Дополнительно в течение Cordilleran Orogeny произошло утолщение коры и мог возникнуть изостатический дисбаланс, который также снимается в западно-восточном направлении.

Тектоническая деятельность, ответственная за растяжение в провинции Бассейна и Хребтов - сложная и спорная проблема. Самая распространенная гипотеза предполагает, что коровый shearing, связанный с разломом Сан Андреас, вызвал эти пространственные разломы. Сегодня Тихоокеанская плита движется на северо-запад относительно Северной Америки, что вызвало увеличение среза по континентальному краю (increased shearing along the continental margin). Однако, движение плит не объясняет высокие гипсометрические отметки провинции Бассейнов и Хребтов, поэтому взоры обращены опять же на аномальный тепловой поток. Тепловой поток понижает плотность литосферы и стимулирует изостатический подъем территории. Литосферные области, к тому же, в потоке высокой температуры действительно, ослабевают по широкой области. Но опять же, экстенсия в провинции Бассейнов и Хребтов, как считают, не являются тем видом экстенсии, который может быть объяснен одним только резким апвеллингом (подъемом) мантии. Последний обычно создает рифтинг типа Afar Triple Junction.

Геологические процессы, которые вытаскивают поток высокой температуры ближе к поверхности, различны. Высокая температура, к примеру, возникающая в зоне субдукции, передается верхней плите через флюиды, циркулирующие по зонам разломов. Эта модель вызвала интерес к геотермальным системам и требует рассмотрения влияния на растяжение полностью субдукцированной плиты Фараллон.

Еще одно интересное явление возникает в связи с современной тектоникой Basin and Range Province – так называемый Метаморфический Коровый Комплекс (Metamorphic core complexes - MCC), образующий цепочку выходов на поверхность метаморфических оснований коры - более низкие слои коры вынесены на поверхность в результате процессов кайнозойского корового растяжения. Изучение MCC углубило понимание комплекса пространственных процессов формирования провинции Бассейнов и Хребтов.

Так, описанная выше релаксационная экстенсия простирается в восточно-западном направлении. Экстенсия взаимодействия Tихиокеанской плиты с континентом находится в направлении северо-запада-юго-востока. Хребты и долины в области Basin and Range ориентированы как северо-восток-юго-запад в ответ на оба эти направления экстенсии. Из-за этих пространственных сил и возник метаморфический коровый комплекс разломов детачмент.

B&R: CORDILLERAN METHAMORPHIC CORE COMPLEX
Basin and Range Tectonics
Mojave
Clark County NV Geology
Arizona: Basin&Range