Активные континентальные окраины

Активные континентальные окраины имеют более сложное строение и развитие, чем пассивные. Они занимают пространство между зонами конвергенции и зонами субдукции с одной стороны и континентом – с другой. Выделяется два типа активных континентальных окраин: приконтинентальный или андский (восточно-тихоокеанский) и островодужный или зондский (западно-тихоокеанский).

В андском типе строение достаточно простое – переход от глубоководного желоба, вдоль оси которого выходит на поверхность дна зона субдукции, к континенту выражен крутым внутренним склоном этого желоба, являющимся одновременно континентальным склоном, и узким шельфом.

Зондский тип имеет более сложное строение и развитие. В нём выделяются следующие элементы: 1) собственно континентальная окраина, мало отличающаяся от пассивных окраин, но более узкая; 2) глубоководная котловина окраинного моря; 3) вулканическая островная дуга; 4) глубоководный желоб; 5) краевой вал океана.

Краевые валы представляют собой пограничные поднятия между глубоководным желобом и абиссальной равниной океана, вытянутые параллельно желобу.

Глубоководный желоб тесно сопряжён с вулканической дугой и в плане имеет обычно дугообразную форму, протягивающуюся на сотни, иногда более 1000 км. Глубина желобов достигает 11 км и в некоторой степени зависит от того, насколько он заполнен осадками. Внутренний склон желоба является местом накопления аккреционной призмы – осадочных пород соскребаемых с океанической коры в зоне субдукции и надвинутых на континентальную кору. Иногда эти аккреционные образования образуют внешнюю невулканическую дугу, поднимающуюся над уровнем океана.

Между внешней дугой и главной вулканической дугой простирается преддуговый прогиб, заполняемый осадками, сносимыми с вулканической дуги и представленными в основном граувакками. Они обычно несогласно залегают на породах аккреционной призмы и менее деформированы. При отсутствии внешней дуги осадки склона желоба обычно бывают осложнены гравитационными сбросами и оползнями.

Вулканические дуги протягиваются параллельно желобам на расстоянии около 200-300 км от их оси. Ширина самой активной вулканической зоны составляет не более 50 км, но во времени она нередко мигрирует.

Вулканические дуги

Вулканические дуги существуют двух типов: энсиматические и энсиалические.

Энсиматические дуги закладываются на океанической коре, нередко на месте трансформных разломов, когда одно крыло с более древней корой начинает пододвигаться под другое, сложенное более молодой корой (например, Южно-Сандвичева дуга, Тонга-Кермадек, Марианская и Алеутская).

Энсиалические дуги образуются на континентальной коре, обычно на коре микроконтинентов, отторгнутых от континента рифтингом и спредингом (Японская, Камчатская, возможно, с Курильским продолжением, Филлипинская и др.). Вулканиты энсиалических дуг принадлежат той-же известково-щелочной серии, но среди них преобладают андезиты и достаточно часто более кислые полроды – дациты и риолиты, что объясняется (как и повышенное содержание радиогенного Sr) контаминацией более древней континентальной коры. На поздних стадиях развития энсиалических дуг повышается содержание щелочей.

В основании энсиматических вулканических дуг образуются плутоны преимущественно диоритов, тоналитов, гранодиоритов, а в основании энсиалических - нормальных гранитов. Таким образом, вулканические дуги являются скорее магматическими дугами.

Задуговые (тыльно-дуговые) или окраинные моря располагаются между островными дугами и континентом (Японское, Южно-Китайское, Филлипинское, Берингово море и др.). Глубина их может достигать 4000 м, и подстилаются они в своей глубоководной части корой океанского типа, но нередко с повышенной мощностью осадочного слоя. Осадки, накапливающиеся на дне окраинных морей, имеют различное происхождение. В прибрежной зоне со стороны континента преобладают продукты размыва и переотложения континентальной коры, а со стороны вулканической дуги – продукты её размыва с градационной или турбидитной текстурой похожей на туфогенный флиш, состав песчаников которого более кварцевый в отличие от придугового флиша. Мощности их могут быть значительными, особенно если формируются подводные конуса выноса. В центральных, более глубоких частях бассейнов, отлагаются монтмориллонитовые глины, биогенные илы и эоловые осадки, принесённые с суши. Механизм образования задуговых бассейнов не вполне ясен. Возможно, образование его провоцируют восходящие конвективные потоки из мантии и признаки задугового спрединга. В дальнейшем вулканические дуги перерождаются в вулканоплутонические пояса, состав аулканитов которых отличается от островодужных вулканитов повышенным содержанием кремнекислоты и щелочей и повышенным отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, причём на поздних стадиях их эволюции щелочность повышается ещё больше.

Трансформные окраины

Трансформенные окраины как тип континентальных окраин имеют незначительное распространение и разделены на два подтипа:

1) Дивергентные окраины (атлантическая окраина Африки северного побережья Гвинейского залива, вдоль южного ограничения Ньюфаундлендского выступа Северной Америки и др.). Для них присущи узкий шельф и очень крутой континентальный склон, с основанием которого совпадает резкая тектоническая граница между континентальной и океанической корой, практически без переходной зоны между ними, и слаборазвитое континентальное подножие

2) Конвергентные окраины (на севере против Канады и Юго-Восточной Аляски и против Калифорнии). С ними связано обычно образование нескольких цепочек раздвиговых осадочных бассейнов, кулисообразно расположенных и выполненных плиоцен-четвертичными образованиями, между которыми находятся приподнятые блоки более древнего основания. По существу это недавно погруженные участки континента, на котором по соседству с ним расположены такие же бассейны.

Области континентов

В пределах континентов выделяются два основных типа структур – древние и молодые платформы, в составе которых выделяются щиты и плиты, и складчатые пояса.

Континентальные платформы

Общая характеристика. Континентальные платформы (кратоны) представляют собой ядра материков, имеют изометричную или полигональную форму и занимают большую часть их площади – порядка миллионов кв. км. Они слагаются типичной континентальной корой мощностью от 35 до 65 км. Мощность литосферы в их пределах достигает 150-200 км, а по некоторым данным до 400 км.

Значительные площади платформ перекрыты неметаморфизованным осадочным чехлом толщиной до3-5 км, а в прогибах или экзогональных впадинах – до 20-25 км (например, Прикаспийская, Печорская впадина). В состав чехла могут входить покровы платобазальтов и изредка более кислых вулканитов.

Платформы характеризуются равнинным рельефом – то низменным, то плоскогорным. Некоторые их части могут быть покрыты мелким эпиконтинентальным морем типа современных Балтийского, Белого, Азовского. Для платформ характерны низкая скорость вертикальных движений, слабая сейсмичность, отсутствие или редкие проявления вулканической деятельности, пониженный тепловой поток. Это наиболее устойчивые и спокойные части континентов.

Платформы подразделяются по возрасту кратонизации на две группы:

1) Древние, с докембрийским или раннедокембрийским фундаментом, занимающим не менее 40% площади материков. К их числу относятся Северо-Американская, Восточно-Европейская (или Русская), Сибирская, Китайская (Китайско-Корейская и Южно-Китайская), Южно-Американская, Африканская (или Африкано-Аравийская), Индостанская, Австралийская, Антарктическая (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Схема размещения платформ в структуре континентов, по Ч.Б.Борукаеву (1977). 1 – платформенные области: СА – Северо-Американская, ЮА – Южно-Американская, ВЕ – Восточно-Европейская, С – Сибирская, Аф – Африканская, К – Китайская, Ин – Индостанская, Ав – Австралийская, Ан – Антарктическая; 2 – геосинклинальные складчатые пояса; 3 – зоны «диасхизиса» (тектономагматической активизации и омоложения кристаллического фундамента); 4 – зона «эльсонской активизации»в Северной Америке; 5 –области вероятного отсутствия или глубокой переработки докембрийских комплексов.

2) молодые (около 5% площади материков), располагающиеся либо по периферии материков (Средне- и Западно-Европейские, Восточно-Австралийская, Пантагонская), либо между древними платформами (Западно-Сибирская). Молодые платформы иногда подразделяются на два типа: ограждённые (Западно-Сибирская, Северо-Германская, Парижский «бассейн») и неограждённые (Туранская, Скифская).

В зависимости от возраста завершающей складчатости фундамента молодые платформы или их части подразделяются на эпикаледонские, эпигерцинские, эпикиммерийские. Так, Западно-Сибирская и Восточно-Австралийская платформы являются частично эпикаледонскими, частично эпигерцинскими, а платформенная арктическая окраина Восточной Сибири – эпикиммерийской.

Молодые платформы покрыты более мощным осадочным чехлом, чем древние. И по этой причине их часто именуют просто плитами (Западно-Сибирская, Скифско-Туранская). Выступы фундамента в молодых платформах являются исключением (Казахский щит между Западно-Сибирской и Туранской плитами). В отдельных участках молодых и реже древних платформ, где мощность осадков доходит до 15-20 км (Прикаспийская, Северо- и Южно-Баренцевоморская, Печорская, Мексиканская впадина), кора имеет небольшую мощность, а скоростям продольных волн вообще предполагается наличие «базальтовых окон», как возможных реликтов несубдуцированной океанической коры. Осадочные чехлы молодых платформ в отличие от чехлов древних платформ более дислоцированы.

Внутреннее строение фундамента древних платформ. Фундамент древних платформ выполнен в основном архейскими и нижне-, раннепротерозойскими образованиями, имеет очень сложное (блоковое, поясовое, террейновое и др.) строение и историю геологического развития. Главными структурными элементами архейских образований являются гранит-зеленокаменные области (ГЗО) и гранулито-гнейсовые пояса (ГГП), слагающие блоки в сотни км в поперечнике.

Рис. 7.14. Примеры строения зеленокаменных поясов Карельской (а, в, г), Трансваальской (б) и Родезийской гранит-зеленокаменных областей. 1 – метаосадки и метавулканиты осадочной «группы»; 2 – метавулканиты и метаосадки зеленокаменной и ультраосновной «групп»; 3 – раннедокембрийские гранитоиды нерасчленённые.

Гранит-зеленокаменные области (например, Карельская ГЗО Балтийского щита) сложены серыми гнейсами, мигматитами с реликтами амфиболитов и разнообразными гранитоидами, среди которых выделяются линейные, извилистые или сложные по морфологии структуры – зеленокаменные пояса (ЗКП) архейского и протерозойского возраста, шириной до десятков и первых сотен км и протяжённостью до многих сотен и даже тысяч км (рис. 7.14). Они сложены, в основном, слабометаморфизованными вулканогенными и, частично, осадочными породами. Мощность толщ ЗКП может достигать 10-15 км. Морфология структуры ЗКП вторичная, а внутреннее строение – от достаточно простого до сложного (например, сложноскладчатого или чешуйчато-надвигового). Их происхождение и строение до сих пор являются предметом бурных научных дискуссий.

Гранулито-гнейсовые пояса обычно разделяют или окаймляют гранит-зеленокаменные области. Сложены они разнообразными гранулитами и гнейсами, претерпевшими многократные структурно-метаморфические преобразования – складчатость, надвиги и т.д. Внутренняя структура часто осложнена гранитогнейсовыми куполами и крупными плутонами габбро-анортозитов.

Кроме вышеуказанных крупных структур выделяются меньшие по размеру структуры, сложенные протоплатформенными, палеорифтогенными, протоавлакогенными образованиями. Возраст слагающих эти структуры пород, в основном палеопротерозойский.

Структурные элементы поверхности фундамента (щиты, плиты, авлакогены, палеорифты и т.д.) платформ. Платформы подразделяются, прежде всего, на крупные площади выходов на поверхность фундамента – щиты и на не менее крупные площади, покрытые чехлом, - плиты. Границы между ними проводятся обычно по границе распространения осадочного чехла.

Щит – наиболее крупная положительная структура платформ, сложенная кристаллическими породами фундамента платформ со спорадически встречающимися отложениями плитного комплекса и чехла, и с тенденцией к воздыманию. Щиты, в основном, присущи древним платформам (Балтийский, Украинский щиты на Восточно-Европейской платформе), в молодых – они в виде редкого исключения (Казахский щит Западно-Сибирской плиты).

Плита – крупная отрицательная тектоническая структура платформ с тенденцией к опусканию, характеризующаяся наличием чехла, сложенного осадочными породами платформенной стадии развития мощностью до 10-15 и даже 25 км. Они всегда осложнены многочисленными и разнообразными структурами меньших размеров. По характеру тектонических движений выделяются подвижные (с большим размахом тектонических движений) и устойчивые (со слабым прогибанием, например, с-з часть Русской плиты) плиты.

Плиты древних платформ сложены образованиям трёх структурно-вещественных комплксов – породами кристаллического фундамента, промежуточным (доплитным комплексом) и породами чехла.

В пределах щитов и фундамента плит присутствуют образования всех выше рассмотренных структур – ГЗО, ГГП, ЗКП, палеорифтов, палеоавлакогенов и т.д.

Структурные элементы осадочного чехла плит (синеклизы, антеклизы и т.д.) платформ. В пределах плит различают структурные элементы второго порядка (антеклизы, синеклизы, авлакогены) и более мелкие (валы, синклинали, антиклинали, флексуры, сундучные складки, глиняные и соляные диапиры – купола и валы, структурные носы и т.д.).

Синеклизы (например, Московская Русской плиты) – плоские впадины фундамента до многих сотен км в поперечнике, а мощность осадков в них 3-5 км и иногда до10-15 и даже 20-25 км. Особый тип синеклиз - это трапповые синеклизы (Тунгусская, на Сибирской платформе, Деканская Индостана и др.). В их разрезе залегает мощная платобазальтовая формация площадью до 1 млн. кв. км, с ассоциирующим дайково-силловым комплексом основных магматитов.

Антеклизы (например, Воронежская Русской плиты)– крупные и пологие погребённые поднятия фундамента в сотни км в поперечнике. Мощность осадков в их сводовых частях не превышает 1-2 км, а в разрезе чехла обычно присутствуют многочисленные несогласия (переывы), мелководные и даже континентальные отложения.

Авлакогены (например, Днепровско-Донецкий Русской плиты) – чётко-линейные грабен-прогибы, протягивающиеся намногие сотни км при ширине в десятки, иногда более сотни км, ограниченные разломами и выполненные мощными толщами осадков, иногда с вулканитами, среди которых присутствуют базальтоиды повышенной щелочности. Глубина залегания фундамента нередко достигает 10-12 км. Некоторые авлакогены со временем перерождались в синеклизы, а другие в условиях сжатия были превращены либо в простые одиночные валы (Вятский вал), либо – в сложные валы или интракратонные складчатые зоны сложного строения с надвиговыми структурами (Кельтиберийская зона в Испании).

Стадии развития платформ. Поверхность фундамента платформ отвечает большей частью срезанной денудацией поверхности складчатого пояса (орогена). Платформенный режим устанавливается по прошествии многих десятков и даже сотен млн. лет, после того как территория пройдёт ещё две подготовительные стадии в своём развитии – стадию кратонизации и авлакогенную стадию (по А.А.Богданову).

Стадия кратонизации – на большей части древних платформ отвечает по времени первой половине позднего протерозоя, т.е. раннему рифею. Предполагается, что на этой стадии все современные древние платформы ещё находились в составе единого суперконтинента Пангеи I, возникшей в конце палеопротерозоя. Поверхность суперконтинента испытывала общее поднятие, накопление в некоторых участках в основном континентальных осадков, широкое развитие субаэральных покровов кислых вулканитов, нередко повышенной щелочности, калиевого метасоматоза, формирование крупных расслоенных плутонов, габбро-анортозитов и гранитов-рапакиви. Все эти процессы в конечном счёте привели к изотропизации платформенного фундамента.

Рис.7.15. Рифейские рифты (авлакогены) Восточно-Европейской платформы, по Е.Е.Милановскому (1979), с упрощениями. 1 – рифты и разломы; 2 – проявления магматизма; 3 – инверсионные поднятия.

Авлакогенная стадия – период начала распада суперконтинента и обособления отдельных платформ, характеризующаяся господством условий растяжения и образованием многочисленных рифтов и целых рифтовых систем, например (рис. 7.15), в большинстве своём затем перекрытых чехлом и превращённых в авлакогены. Этот период на большинстве древних платформ соответствует среднему и позднему рифею и может захватывать даже ранний венд.

На молодых платформах, где доплитный этап сильно сокращён по времени, стадия кратонизации не выражена, а авлакогенная проявлена образованием рифтов, непосредственно наложенных на отмирающие орогены. Эти рифты называются тафрогенными, а стадия развития – тафрогенной.

Переход к плитной стадии (собственно платформенному этапу) совершился на древних платформах северных материков в конце кембрия, а южных – в ордовике. Он выразился в замещении авлакогенов прогибами, с расширением их до синеклиз с последующим затоплении морем промежуточных поднятий и образованием сплошного платформенного чехла. На молодых платформах плитная стадия началась в средней юре и плитный чехол на них отвечает одному (на эпигерцинских платформах) или двум (на эпикаледонских платформах) циклам чехла древних платформ.

Осадочные формации плитного чехла отличаются от формаций подвижных поясов отсутствием или слабым развитием глубоководных и грубообломочных континентальных осадков. На условия их формирования и фациальный состав значительно влияла климатические условия и характер подвижности участков фундамента.

Платформенный магматизм в ряде древних платформ представлен разновозрастными трапповыми ассоциациями (дайки, силлы, покровы), связанными с определёнными стадиями – с распадом Пангеии в рифее и венде, с распадом Гондваны в поздней перми, поздней юре и раннем мелу и даже в начале палеогена.

Менее распространена щелочно-базальтовая ассоциация, представленная эффузивной и интрузивной формацией, главным образом трахибазальтами с широким набором дифференциатов – от ультраосновных до кислых. Интрузивная формация выражена кольцевыми плутонами ультраосновных и щелочных пород до нефелиновых сиенитов, щелочных гранитов и карбонатитов (Хибинский, Ловозерский массив и т.д.).

Достаточно широко распространена и кимберлитовая интрузивная формация, знаменитая своей алмазоносностью, представленная в виде трубок и даек вдоль разломов и особенно в узлах их пересечения. Основные районы развития её – Сибирская платформа, Южная и Западная Африка. Проявлена она и на Балтийском щите – в Финляндии и на Кольском полуострове (Ермаковское поле трубок взрыва).