 | Кинематика субдукции |
Кинематическая модель субдукции, по Дж. Дьюи (1980): блок-диаграмма (I), взаимодействие векторов в горизонтальной (II) и вертикальной III) плоскости. Обозначения: U — пододвигающаяся (субдуцирующая) литосферная плита; О — надвигающаяся литосферная плита; F — фронтальная часть этой плиты. Векторы скорости «абсолютных» движений: V0 — скольжение надвигающейся плиты; Vu — скольжение пододвигающейся плиты; Vg — гравитационное опускание этой плиты в астеносферу; Vm — «скорость субдукции», точнее, скорость погружения: суммарное движение пододвигающейся плиты (Vm=Vu+Vg); Vr — откатывание шарнира (линии перегиба) пододвигающейся плиты в сторону океана. Векторы скорости относительных движений: V — коннвергенция литосферных плит; Vb — смещение между надвигающейся плитой и ее фронтальной частью; Vs— смещение между этой фронтальной частью и пододвигающейся плитой; Vt — то же, с учетом скорости субдукционной акреции висячего крыла (Va) или его субдукционной эрозии (Ve). Углы: Θ — наклон зоны субдукции: α — между азимутом скольжения пододвигающейся плиты и простиранием желоба; β — то же для надвигающейся плиты |
Правило ортогональности субдукции к простиранию глубоководного желобa. Слева — система активных зон спрединга и трансформных разломов востоке Тихого океана, обеспечивающая приблизительную ортогональность субдукции: она формировалась и перестраивалась в соответствии со сложной, менявшейся конфигурацией и ориентировкой активных континентальных окраин Америки. Справа — гистограммы, по К. Скотизу и Д. Роули (1985), позволяющие судить об углах между направлением конвергенции литосферных плит и простиранием глубоководного желоба в большинстве современных зон субдукции. Для гистограммы I направления конвергенции определены по координатам полюсов вращения, для гистограммы II — непосредственно по решениям фокального механизма сейсмических очагов верхней части зон Беньофа1 - глубоководные желоба (зоны субдукции); 2 — направление и скорость (см/год) конвергенции литосферных плит в зонах субдукции, представленные вектором движения океанской плиты относительно континентальной окраины; 3 - активные зоны спрединга; 4 — отмершие зоны спрединга; 5 — трансформные разломы и сдвиги. Литосферные плиты: Т — Тихоокеанская; Р — Ривера; К - Кокос; Н — Наска; А — Антарктическая; СА — Северо-Американская; Кб — Карибская; ЮА — Южно-Американская. |
|
В основе кинематики субдукции лежат векторы скорости «абсолютных» движений: горизонтального скольжения двух взаимодействующих плит и гравитационного опускания одной из них при ее отрицательной плавучести на астеносфере. В последнем случае учитывается и соответствующее откатывание линии перегиба субдудирующей плиты у желоба. Исходя из векторов «абсолютных» скоростей, определяют относительные движения плит вдоль сместителя зоны субдукции, а также дополняющие их деформации (складчатость и разрывные смещения: сдвиги, взбросы и надвиги, рифтинг и спрединг) в надвигающейся литосферной плите.
Три главных вектора выражают скорости «абсолютных» движений: направленные горизонтально векторы Vu (скорость скольжения пододвигающейся плиты) и Vo(скорость скольжения надвигающейся плиты), а также направленный вертикально вниз вектор Vg(скорость гравитационного опускания пододвигающейся плиты в астеносферу). Для молодой океаничеcкой литосферы, «плавучей» в близповерхностных условиях (до уплотнения за счет фазовых переходов), эта последняя величина равна нулю, но она становится значимой для позднемеловой-раннекайнозойской литосферы и увеличивается возрастом. Следствием такого гравитационного опускания должно быть откатывание линии перегиба субдуцирующей плиты со скоростью Vr=VgctgA, где A — угол наклона плиты близ поверхности.
Наступательному смещению линии перегиба субдуцирующей плиты препятствует погруженная часть плиты.
Векторы горизонтального движения литосферных плит могут быть ориентированы как под прямым, так и под острым углом к желобу.При косоориентированной субдукции вдоль этой границы развиваются продольные сдвиги, как это происходит, в частности, вдоль Зондской дуги.
При высоких скоростях движения верхней плиты, а также там, где субдуцирует относительно легкая или утолщенная океанская литосфера, верхняя плита наступает за линию перегиба нижней плиты и перекрывает ее. Образуется очень пологая приповерхностная часть зоны Беньофа, характерно выраженная центральным отрезком Анд. В обеих литосферных плитах появляются напряжения и структуры сжатия.
Напротив, там, где субдуцирует древняя и тяжелая литосфера, возможны условия, при которых висячее крыло отстает в своем движении от откатывания линии перегиба(Vosinb < Vr). Соответствующее зияние реализуется по ослабленным зонам над поверхностью субдукции, где раскрываются задуговые или внутридуговые бассейны. Это определяется вектором относительного смещения фронтальной части надвигающейся литосферной плиты (Vb). Рассмотренная кинематическая модель предусматривает, наряду с понятием скорость конвергенции (v), также и понятие скорость субдукции (Vm) как результат суммирования в вертикальной плоскости двух векторов, упоминавшихся выше: Vu (скорость скольжения пододвигающейся плиты на наклонном отрезке траектории, т. е. за линией перегиба) и Vg (скорость гравитационного опускания этой плиты в астеносферу). Следовательно, вектор скорости субдукции ориентирован под большим углом к горизонту, чем наклон погружающейся плиты. Такая скорость субдукции (Vm=Vu+Vg) определяет направление и скорость погружения нижней литосферной плиты в мантию (т. е. ее «абсолютное» движение) и вычисляется без учета движений верхней литосферной плиты.
Между тем в работах по геотектонике под скоростью субдукции обычно понимают один из параметров относительного движения литосферных плит, а именно скорость их конвергенции вкрест простирания желоба. Величину Vm в отличие от скорости субдукции лучше называть скоростью погружения.
Правило ортогональности субдукции.
Конвергенция плит при субдукции происходит в направлении, секущем простирание желоба почти ортогонально. Если определять направление конвергенции непосредственно по решениям фокального механизма сейсмических очагов в верхах зоны Беньофа, то угол, превышающий 60°, наблюдается более чем в 90% случаев. Расчетами показано, что фрикционное сопротивление субдукции минимально при 90° и нарастает по мере уменьшения угла до 45°. При постепенном повороте висячего крыла зоны субдукции изменяется и направление субдукции, что документируется формированием океанической литосферы с веерообразным рисунком линейных магнитных аномалий на отрезке Восточно-Тихоокеанского хребта между разломами Ривера и Клиппертон, где шло приспособление к ориентировке Центрально-Американского желоба.
Следствием может быть распад единой субдуцирующей плиты на части, движущиеся в различных направлениях. С таких позиций объясняют дробление плиты Фаральон в позднем кайнозое. В течение палеогена ее субдукция происходила под все более острыми углами к Кордильерской и Андской континентальным окраинам, что привело в неогене к обособлению плит Хуан-де-Фука, Кокос, Наска (и ряда более мелких плит), каждая из которых субдуцирует под свой участок континентальной окраины почти ортогонально.
Первичность ориентировки глубоководных желобов и приспособление к ним (вторичность) ориентировки вектора субдукции очевидны для континентальных окраин. У островодужных систем, особенно океанских, более вероятны обратные соотношения. Если внешнее воздействие резко меняет направление, в котором перемещается субдуцирующая плита, то происходит отмирание прежней зоны субдукции и заложение новой, с использованием какой-нибудь ослабленной зоны в океанской литосфере, вытянутой поперек движения плиты. При зарождении океанских зон субдукции используются благоприятно ориентированные трансформные разломы. Таким представляют механизм заложения островодужных систем: Алеутской, Кюсю — Палау, Идзу-Бонинской и ряда других.
Ортогональные системы субдукции устойчивы благодаря своим энергетическим преимуществам, а будучи нарушенными, имеют тенденцию восстанавливаться. Это не только механизм, но и одна из причин происходившей время от времени реорганизации систем спрединга—субдукции.
Правило ортогональности субдукции используют при палеотектонических реконструкциях для решения обратной задачи: по простиранию древней зоны субдукции определяют наиболее вероятное направление сближения литосферных плит.
Хотя косоориентированвая субдукция редка, она находит заметное отражение в тектонике континентальной окраины, островной дуги и задуговой области. Для структурного парагенеза в таких случаях характерны продольные сдвиги и ориентированные кулисообразно системы структур сжатия или растяжения, подобных рифтовым расщелинам трога Окинава над зоной субдукции Рюкю. Образуются эшелонированные системы разрывов, контролирующих вулканизм. В тылу вулканического пояса косоориентированные напряжения реализуются раскрытием задуговых спрединговых бассейнов типа pull-apart (впадина Андаман над Зондской зоной субдукции).
При дугообразной конфигурации зоны субдукции может оказаться, что вектор косоориентированной конвергенции на одном из флангов дуги все больше приближается к касательному (относительно желоба) направлению, как это происходит вдоль Алеутского желоба с востока на запад, по мере приближения к Командорским островам и субдукция перерождается в трансформное смещение, что отражается, в частности, на сейсмичности, деформациях, вулканизме.