Глубинные корни вулканических поясов

source - http://avspir.narod.ru/geo/khain1995/hain_6_15.htm

Вулканизм островных дуг и континентальных окраин инициируется уходящими на глубину зонами субдукции. Под активными сегментами вулканических поясов наблюдается асейсмичный пробел в зонах Беньофа, в то время как под вулканически пассивными сегментами такого пробела нет. Поскольку на соответствующих глубинах субдуцирующая плита движется среди астеносферного вещества, сейсмические очаги находятся внутри нее. Поэтому асейсмичный пробел под вулканами скорее всего означает снижение упругих свойств погружающейся литосферы вследствие разогрева или даже частичного плавления.

Асейсмичный пробел маркирует магмогенерирующий отрезок зоны субдукции. Это область, где процессы магмогенеза только начинаются, чтобы продолжиться над субдуцирующей плитой, вплоть до близповерхностных магматических камер в фундаменте вулканов. Глубинность магмогенерирующего отрезка по данным сейсмологии, варьирует от зоны к зоне и по простиранию зоны от сегмента к сегменту. От глубинности очагов зависит состав вулканического материала, поступающего на поверхность. По мере развития зоны субдукции, магмогенерирующий отрезок мигрирует по падению зоны до глубин в первые сотни километров, а затем возможны его смещения вверх и вниз.

В Центральных Андах, где на океанскую плиту по пологой поверхности надвигается мощная континентальная литосфера, магмогенез и вулканизм развиваются только при наличии апофизы астеносферного вещества между контактирующими плитами.

Структурная связь магмогенерирующего отрезка зоны субдукции с наблюдаемыми на поверхности вулканическими постройками трассируется сейсмическими явлениями, которые предшествуют очередной вспышке вулканизма. Непосредственно над зоной Беньофа появляются слабые сейсмические очаги, которые в течение нескольких месяцев образуются все выше и приближаются к вулканической постройке перед началом извержений. Такую последовательность установили К. Бло и Р. Приам для Новогебридской и Зондской зон субдукции, сходные наблюдения велись и для некоторых других зон. Природа этих сейсмических явлений неясна, их, по-видимому, нельзя рассматривать как след продвижения уже сформировавшегося магматического расплава, поскольку по геофизическим данным скопления магмы находятся выше. Более вероятно, что такие землетрясения намечают ослабленные зоны, контролирующие подъем флюидов или наиболее глубинных продуктов парциального плавления, а вместе с ними и приток тепловой энергии для магмообразования на более высоких уровнях. Активизация такой зоны, получившая импульс на глубине, продвигается вверх, где способствует разгрузке магматических флюидов и выражается вулканическими извержениями.

Появляется все больше наблюдений,соединяющех глубинную зону субдукции с вулканами на поверхности. Значительные объемы в ее нижней части отличаются от окружающих пород пониженными скоростями и сильным затуханием упругих волн. Метод обменных волн характеризует их как область повышенной однородности среды. Сейсмология фиксирует те же объемы пород как «области сейсмического молчания», окруженные «сейсмоактивной рубашкой» слабых вулканических землетрясений. С.А. Федотов и А.И. Фарберов описали подобную область (до 40 км в поперечнике) под Авачинской группой вулканов на Камчатке. Указанные отклонения физических характеристик согласуются с представлением петрологов о том, что в породах мантийного клина (над магмогенерирующим отрезком зоны субдукции) происходит частичное плавление, отжим жидкой фазы из межзернового пространства и ее перемещение вверх.

На глубине 60—30 км появляются линзовидные магматические очаги, происходят обособление и накопление расплава, что создает новые возможности его эволюции. Такие очаги, экранирующие прохождение поперечных волн, обнаружены методом сейсмического просвечивания под Ключевской и Авачинской вулканическими группами на Камчатке. Очаги меньших размеров размещаются выше — это промежуточные и близповерхностные очаги, находящиеся непосредственно в фундаменте вулканических построек, где завершаются становление и фракционирование магматических расплавов. Эти близповерхностные камеры хорошо известны как по данным сейсмической томографии, так и по результатам гравиметрии и магнитометрии. Все эти методы дали близкий результат при оконтуривании очага под Авачинским вулканом, где он находится на глубине 2—5 км.

Таким образом прослеживается непрерывная связь между действующими вулканами и уходящей под них сейсмофокальной зоной Беньофа. Последняя маркирует субдукцию до тех пор, пока литосфера, погружаясь в область все более высоких температур, не теряет упругие свойства, необходимые для сейсмических очагов. Глубина, до которой субдукция проявляет себя сейсмичностью, зависит от возраста погружающейся литосферы (толщины и температуры). Там, где зона субдукции находится вблизи оси спрединга и поэтому поглощает еще совсем молодую, тонкую и относительно высокотемпературную литосферу, субдуцирующая плита перестает генерировать сейсмические очаги уже на глубине менее 100—150 км и она достигает глубин магмогенеза в асейсмичном режиме. Развивается субдукционный вулканический пояс, под которым нет зоны Беньофа. Так, на мексиканском отрезке Центрально-Американской зоны субдукции, где погружается литосфера с возрастом 8—20 Му при скорости около 7 см/год, сейсмофокальная зона теряется в нескольких десятках километров от Трансмексиканского вулканического пояса. Еще ближе к оси спрединга,к хребтам Горда и Хуан-де-Фука, находится субдукционная окраина у Каскадных гор, поэтому там погружается литосфера с возрастом 2—8Му при скорости около 3,5 см/год и зона Беньофа почти не выражена и субдукция под вулканической цепью также происходит асейсмично. В сходных условиях проявляется вулканизм в той части Андского пояса (40—43° ю. ш.), где к континентальной окраине приближается Чилийский спрединговый хребет и субдуцирует молодой (миоцен—квартер) южный край плиты Наска

Авулканическая субдукция и ее причины.

Почти третья часть субдукционных границ приходится на авулканические отрезки, несмотря на продолжающуюся конвергенцию плит, выраженную сейсмичностью. В 21 случае из 24, согласно С. Мак-Гири и др., 1985, вулканизм прекратился там, где субдуцирует утолщения океанская литосфера (асейсмичные хребты и вулканические цепи). На примере Анд М. Баразанги и Б. Айзеке показали, что субдукция такой низкоплотностной, плавучей литосферы сопровождается резким выполаживанием зоны субдукции. На значительной части профиля пододвигающаяся плита перемещается почти горизонтально, прижимаясь к подошве литосферы висячего крыла. Между ними нет обычной прокладки астеносферного вещества, и это ухудшает условия, необходимые для магмообразования: на профилях зоны Беньофа здесь нет среднеглубинного асейсмичного («магмогенерирующего») пробела, а на поверхности нет вулканизма.

Пологая субдукция утолщенной океанической литосферы, повышая сцепление плит, способствует накоплению сжимающих напряжений и формированию структур сжатия, которые локализуются в тылу континентальной окраины. Это складчатость, взбросы и надвиги (в Андах они все еще в развитии), с сейсмическими очагами. Тектоническую взаимосвязь между местом и временем проявления таких деформаций «ларамийского стиля» и прекращением субдукционного вулканизма рассмотрел У. Дикинсон.

Размеры авулканических отрезков андской окраины (2—15 и 28—33° ю. ш.) и последовательность отмирания вулканизма на этих отрезках Т. Кросс и Р. Пильгер объяснили с учетом диагональной ориентировки субдуцирующих хребтов Наска и Хуан-Фернандес относительно конвергентной границы, а также направления субдукции.

Для южного из этих двух авулканических отрезков Андской активной окраины С. Кэй восстановил постепенное выполаживание зон субдукции с миоценового времени, когда началось погружение хр. Хуан-Фернандес. Это выразилось расширением, а затем и распадом вулканического пояса, а также соответствующим изменением состава вулканитов. Другой пример - изменение угла наклона зоны субдукции под одним из отрезков Северо-Американской активной окраины. Резкое выполаживание субдукции в эоцене привело к прекращению вулканизма, который впоследствии начал возобновляться по мере восстановления более крутого наклона зоны субдукции. И в этом случае выполаживание палеозоны Беньофа, перерыв в вулканизме и сопутствующие ему деформации сжатия в тылу активной окраины считают свидетельством субдукции хребта, существовавшего на океанской плите Фаральон. Полагают также, что этот хребет был ориентирован под углом к континентальной окраине, поскольку установлено, что авулканический пробел сместился вдоль нее на юг.


Локальным перерывом в вулканизме отмечена и субдукция подводных хребтов Теуантепек и Кокос (Центрально-Американская зона субдукции), а также Луисвиль (зона Тонга-Кермадек).

Прекращение вулканизма иногда наблюдается на современных тройных сочленениях плит типа "хребет — желоб — желоб", где в зоне субдукции поглощается спрединговый хребет. Это происходило, в частности, по мере надвигания Северо-Американской плиты на Восточно-Тихоокеанскую ось спрединга начиная с конца палеогена. Завершается отмирание субдукционного вулканизма и в Антарктических Андах, где был поглощен спрединговый хребет Алук. В обоих случаях отмирание вулканизма выражает прекращение субдукции.

Специфика состава магм над зонами субдукции
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ