URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Щипанский А.А. Субдукционные и мантийно-плюмовые процессы в геодинамике формирования архейских зеленокаменных поясов
Id: 56514
 
1068 руб.

Субдукционные и мантийно-плюмовые процессы в геодинамике формирования архейских зеленокаменных поясов

URSS. 2008. 560 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-382-00763-2.

 Аннотация

Настоящая монография посвящена исследованию роли мантийно-плюмовых и субдукционных процессов в геодинамике образования зеленокаменных поясов и формирования ранней континентальной коры. Эта проблема относится к малоизученным вопросам не только архейской тектоники, но и современной геодинамики, что определило круг задач и последовательность их решения, отраженные в структуре работы. Изложенные в монографии результаты могут быть использованы в качестве методической основы для палеогеодинамических реконструкций раннедокембрийских областей в целях металлогенического прогноза.

Книга будет полезна специалистам по тектонике раннего докембрия, а также широкому кругу геологов, петрологов и геохимиков, интересующихся проблемами субдукционной и мантийно-плюмовой геодинамики и эволюции корообразующих процессов в истории Земли. Автор надеется, что монография найдет своего читателя среди студентов и преподавателей высших специализированных учебных заведений.


 Оглавление

Предисловие
Введение
1. Проблемы геодинамики архея
 1.1.Тепловой поток ранней Земли и проблема стабилизации архейской литосферы
 1.2.Океаническая кора в архее
  1.2.1.Мантийные температуры и генерация океанической коры
  1.2.2.Проблема архейских офиолитов
 1.3.Была ли возможной субдукция в архее?
 1.4.Мантийные плюмы в архее
 1.5.Резюме
2. Критерии для идентификации формаций, связанных с субдукционной и мантийно-плюмовой геодинамикой
 2.1.Введение
 2.2.Критерии для идентификации вулканогенных формаций субдукционного (надсубдукционного) генезиса
 2.3.Критерии для идентификации вулканогенных формаций мантийно-плюмового генезиса
 2.4.Мантийно-плюмовая компонента
 2.5.Резюме
3. Архейские области взаимодействия мантийно-плюмовых и субдукционных процессов корообразования
 3.1.Балтийский щит
  3.1.1.Северо-Карельский зеленокаменный пояс
  3.1.2.Костомукшская зеленокаменная структура
  3.1.3.Каменноозерская зеленокаменная структура
 3.2.Канадский щит
  3.2.1.Общая характеристика
  3.2.2.Зеленокаменный пояс Абитиби
  3.2.3.Зеленокаменный пояс Фротет-Эванс
 3.3.Гренландский щит, пояс Исуа
 3.4.Резюме
4. Геодинамические режимы субдукции и проблемы генезиса бонинитов
 4.1.Введение
 4.2.Геодинамика зон "холодной и крутой" субдукции
 4.3.Геодинамика зон "теплой и пологой" субдукции
 4.4.Возможные причины изменения геометрии субдукции
 4.5.Геодинамические проблемы генезиса бонинитов
 4.6.Резюме
5. Нестационарные режимы субдукции
 5.1.Введение
 5.2.Модели развития нестационарной субдукции
 5.3.Современная геодинамика нестационарных субдукционных процессов
 5.4.Морфотектоника зон нестационарной субдукции
 5.5.Резюме
6. Формирование ювенильной континентальной коры в модели нестационарной субдукции
 6.1.Введение
 6.2.Нестационарная субдукция и формирование ювенильной континентальной коры в современных островодужных системах
 6.3.Нестационарная субдукция в архее и формирование ранней континентальной коры
Заключение и выводы
Список литературы

 Предисловие

Монография посвящена исследованию роли мантийно-плюмовых и субдукционных процессов в геодинамике образования зеленокаменных поясов и формирования ранней континентальной коры. Эта проблема относится к малоизученным вопросам не только архейской тектоники, но и современной геодинамики, что определило круг задач и последовательность их решения, отраженные в структуре работы.

Первая глава посвящена анализу состояния изученности субдукционных и мантийно-плюмовых процессов в архее в связи с более высоким общим теплопотоком ранней Земли, что необходимо для конкретизации постановочной части исследования.

Во второй главе рассмотрены методические вопросы идентификации вулканогенных формаций субдукционного и мантийно-плюмового генезиса в метаморфизованных и сильно деформированных ассоциациях зеленокаменных поясов.

Третья глава описывает геодинамические закономерности развития зеленокаменных поясов архея, где в самое последнее время были обнаружены наиболее яркие индикаторы надсубдукционного вулканизма в зонах интраокеанической конвергенции -- вулканиты бонинитовой серии, которые ассоциируют в разрезах с продуктами мантийно-плюмового магматизма. Основная ее часть отводится изложению данных исследования архейских структур юго-восточной части Балтийского щита (Северо-Карельский зеленокаменный пояс, Костомукшская и Каменноозерская структуры). Вторая часть главы посвящена анализу данных по неоархейским зеленокаменным поясам Канадского щита (Абитиби и Фротет-Эванс) и эоархейскому поясу Исуа, Гренландия.

Присутствие генетически разнородных надсубдукционных комплексов в рассмотренных примерах зеленокаменных поясов обусловило необходимость рассмотрения в главе 4 вопросов геодинамики современных зон субдукции, где обнаруживаются аналогичные комплексы. Пятая глава обращена также к современным областям интраокеанической конвергенции, где в настоящее время происходит непосредственное взаимодействие мантийно-плюмовых производных (горячих точек и океанических плато) с зонами субдукции несущих их плит (дуга Тонга-Фиджи, дуга Вануату). Кроме того, в главе анализируются данные по численному моделированию процессов поглощения в зонах конвергенции плавучих масс мантийно-плюмовой природы.

Шестая глава представляет собой синтез выявленных закономерностей геодинамики зон взаимодействия мантийно-плюмовых и субдукционных процессов в аспекте проблем формирования ювенильной континентальной коры. Современные процессы формирования ювенильной континентальной коры рассмотрены на примерах Филиппинской дуги и островодужной системы Соломоновых островов. В заключение главы предложена геодинамическая модель развития восточной части Балтийского щита в архее, которая основана на закономерностях геодинамики взаимодействия мантийно-плюмовых и субдукционных процессов на границе глобальной тектонической диссимметрии Земли -- ее Тихоокеанского и Индо-Атлантического сегментов.

Изложенные в монографии результаты могут быть использованы в качестве методической основы для палеогеодинамических реконструкций раннедокембрийских областей в целях металлогенического прогноза.

Книга будет полезна не только специалистам по тектонике раннего докембрия, но и широкому кругу геологов, петрологов и геохимиков, интересующихся проблемами субдукционной и мантийно-плюмовой геодинамики и эволюции корообразующих процессов в истории Земли. Автор надеется, что монография найдет своего читателя среди студентов и преподавателей высших специализированных учебных заведений.

Исследования, являющиеся основой данной публикации, выполнены в Лаборатории тектоники раннего докембрия Геологического института РАН, г.Москва. Огромное влияние на становление научной проблемы и ее последующее развитие оказали мои учителя А.С.Новикова и Н.А.Штрейс, прекрасные люди и блестящие ученые, светлая память о которых помогала во время написания этой работы. Неоценимую помощь в организации и финансировании полевых работ в самые трудные годы оказывал С.А.Куренков, память о котором также неизгладима.

Автор благодарен М.В.Минцу, О.М.Розену, В.С.Федоровскому и другим сотрудникам лаборатории тектоники раннего докембрия ГИН РАН за научную и человеческую поддержку в исследованиях проблем геодинамики сложно дислоцированных и метаморфизованных комплексов. Особую благодарность автор выражает А.Н.Конилову -- без созданной им уникальной информационной базы анализ и обобщение огромного числа публикаций, цитируемых в монографии, были бы практически невозможными. Исследования на Балтийском щите проводились совместно с сотрудниками ГИН РАН И.И.Бабариной, В.П.Злобиным, К.А.Крыловым; ИГЕМ РАН М.М.Богиной; ГЕОХИ РАН Е.В.Бибиковой; ИГ Карельского НЦ РАН А.И.Слабуновым, В.Н.Кожевниковым, которым автор крайне признателен за помощь, поддержку и дискуссии. Особо теплые слова признательности и благодарности автор адресует А.В.Самсонову и И.С.Пухтелю, многолетнее и плодотворное сотрудничество с которыми оставило заметный след на страницах не только этой работы, но и в многочисленных совместных публикациях.

Исследования выполнялись при финансовой поддержке РФФИ (проекты NN 96-05-65283, 99-05-65607, 00-05-64241, 05-05-65012, 06-05-65237), ОНЗ РАН (проект 5.1. "Параметры состояния верхних оболочек Земли в раннем докембрии"), проектов ФГУ ГНПП "Спецгеофизика" МПР РФ и международному проекту EUROPROBE.


 Введение

Проблема происхождения континентальной коры требует ответа на два фундаментальных вопроса: (1) какими были тектонические обстановки и какова природа механизмов инициальной экстракции первичной коры из мантии? и (2) какие процессы привели к преобразованию этой примитивной, или ювенильной, коры в современную континентальную кору? Известно, что средний состав современной континентальной коры отвечает андезиту, который как по главным, так и малым элементам соответствует среднему андезиту современных островодужных систем Мира. Таким образом, островодужная модель формирования континентальной коры, где с точки зрения геодинамики главным действующим механизмом выступает субдукция океанической литосферы, представляется трудно опровергаемой. Однако вопросы эволюции континентальной коры во времени остаются одними из наиболее дискутируемых. В этом ряду особое место занимает происхождение ранней архейской континентальной коры.

Со времени выхода в свет фундаментальной работы С.Р.Тейлора и С.М.Мак-Леннана "Континентальная кора: ее состав и эволюция" стало общепринятым положение о том, что архейская континентальная кора в среднем отлична от постархейской континентальной коры. По составу она отвечает не полимодальному распределению продуктов магматизма с модой, отвечающей андезитам, а бимодальному толеит-дацитовому (Taylor, McLennan, 1985; Тейлор, Мак-Леннан, 1988). Подавляющий объем ювенильной архейской континентальной коры сложен тоналит-трондьемит-гранодиоритовыми (ТТГ) вулкано-плутоническими сериями, метаморфизованные эквиваленты которых широко известны как "серые гнейсы". В отличие от известково-щелочных островодужных серий фанерозоя, ТТГ серии архея характеризуются сильным фракционированием редкоземельных элементов и очень низкими содержаниями в "тяжелом" спектре . Хотя появившиеся позднее оценки среднего состава архейской континентальной коры и показали, что она также отвечает островодужному андезиту (Rudnick, Fountain, 1995), а не среднему ТТГ, все равно вопросы ее происхождения остаются спорными.

Существует широкий спектр оценок корового роста, основанных, прежде всего, на данных моделирования эволюции изотопных систем и масс-балансовых расчетов объемов экстракции континентальной коры из мантии во времени . ...Интегральные кривые роста континентальных масс сильно варьируют от 100% объема континентальной коры, возникшего еще в начале архея (Armstrong, 1981), до модели постепенного и равномерного корового роста на протяжении всей геологической истории (Kemp, Hawkesworth, 2003). Если первая из упомянутых моделей соответствует гипотезе о первичной континентальной коре, то вторая кривая должна отражать преемственность механизмов экстракции ювенильной коры из мантии от архея до настоящего времени, т.е. подразумевать господство островодужного, т.е. субдукционного механизма, в генезисе континентальной коры в течение всей ее геологической истории.

Прогресс в развитии методов исследований архейских комплексов и, главным образом, в области технологии получения прецизионных датировок возраста событий позволил получить более ясную картину расчленения древнейших коровых формаций и их распределения во времени и пространстве. [Приведена гистограмма распределения U--Pb датировок цирконов из комплексов ювенильной континентальной коры, формировавшейся на протяжении ее геологической истории.] Из этих данных следует, что основной объем континентальный коры начал формироваться только с конца архея. На протяжении наиболее ранней геологической стадии развития Земли с 4,0 до 3,0 млрд лет были сформированы только отдельные незначительные по площади коровые сегменты, а общий объем архейской континентальной коры в настоящее время оценивается от 7 до 9% от общей ее массы (Rudnick, Fountain, 1995). Согласно этим же оценкам наиболее масштабный рост континентальный коры на Земле произошел только в конце палеопротерозоя, когда было сформировано от 43 до 56% от ее объема.

Конец палеопротерозоя часто рассматривается как период "старта" плейт-тектонических процессов. Такая точка зрения основывается на находках офиолитовых ассоциаций Йормуа, Финляндия, и Пуртуник, Канада, возраста 1,95--1,99 млрд лет (Kontinen, 1997; Scott, 1992). Долгое время эти офиолиты имели статус древнейших, маркирующих начало спрединговых процессов океанического ложа, а следовательно, и начало плитового тектогенеза континентальной коры. Архейская же ее история также часто рассматривалась как "доплитовая", когда в силу специфики высокого теплового потока ранней Земли образовывались специфические сегменты ранней континентальной коры, известные как гранит-зеленокаменные области. В мировой литературе можно найти огромное количество разнообразных концепций "доплитовой тектоники" этих областей, достаточно полный обзор которых суммирован Д.Хантером и К.Стоу (Hunter, Stowe, 1997). Варианты модификаций подобного рода представлений время от времени появляются и в настоящее время, что подчеркивает сложность и неоднозначность реставрации тектонических обстановок ранней Земли (напр., Глуховский и др., 1994; Моралев, Глуховский, 2001; Шарков и др., 2000; Hamilton, 1998, 2003).

Вместе с тем уже достаточно давно появились попытки тектонических реконструкций архейских гранит-зеленокаменных областей с позиций плейт-тектонических процессов, которые аналогично современным могли приводить к формированию ювенильных островодужных систем над зонами субдукции, сопровождаемыми генерацией сопряженных задуговых бассейнов (Burke et al., 1976; Борукаев, 1985). К пионерским работам этого ряда относятся и работы А.С.Новиковой, которая показала, что среди мафит-ультрамафитовых поясовых структур фундамента Восточно-Европейской платформы возможно присутствие фрагментов архейской океанической литосферы (Новикова, 1971, 1979).

Полученные в результате мультидисциплинарных исследований за последние десятилетия новые данные по всем гранит-зеленокаменным областям Мира свидетельствуют о том, что геодинамические процессы, близкие к принятым для постархейской геологической истории, должны были играть доминирующую роль и в формировании архейской континентальной коры (de Wit, Ashwal, 1997). Несмотря на такое заключение, практически у всех исследователей архейской геологии существует общее понимание того, что геодинамика формирования архейских гранит-зеленокаменных поясов имела свою специфику, которая была обусловлена более высокими температурными режимами мантии того времени. Пожалуй, наиболее ярким свидетельством такой специфики являются коматииты -- ультраосновные лавы с содержанием MgO до 30 вес.%. Экстремально высокие ликвидусные температуры первичных коматиитовых расплавов (до 1600$gc$) указывают на существенно более высокие температурные условия плавления мантии, чем это происходило в последующие эпохи. Открытие коматиитов мезозойского возраста на о.Горгона (Echeverria, 1980) и установление их принадлежности к формациям Карибского океанического плато мантийно-плюмового происхождения (Storey et al., 1991) стало основой для понимания значения коматиитов в архейской геодинамике. Хотя в вопросах петрогенезиса и происхождения коматиитовых расплавов и существуют проблемные вопросы, в настоящее время практически общепринято рассматривать их в качестве продуктов мантийно-плюмового генезиса, которые формировали постройки типа современных океанических плато (Arndt et al., 1997).

Относительно широкая распространенность коматиитов в зеленокаменных поясах породила представления о господстве плюмовой тектоники в архее, что предполагает также важную роль производных плюмового магматизма в процессах формирования ювенильной архейской континентальной коры (напр., Abbott, Money, 1995; Abbott, 1996; Вревский и др., 1999; Грачев, 2004). Однако современные примеры проявлений мантийно-плюмовой геодинамики не дают оснований для того, чтобы рассматривать такие обстановки как непосредственно продуцирующие ювенильную континентальную кору.

Существуют лишь косвенные изотопно-геохимические указания на то, что крупные мантийно-плюмовые события могли быть каким-то образом связаны с эпизодическими периодами приращения континентальной коры (Stein, Hofmann, 1994). ...Можно заметить, что пики экстремально высокой скорости образования ювенильной континентальной коры в истории Земли связаны с мощнейшими проявлениями плюмового магматизма, так называемыми суперплюмовыми событиями, имевшими место около 2,7, 1,9 и 1,4 млрд лет тому назад (Condie, 1998; Condie et al., 2001). С эпохой 2,7 млрд лет связан крупнейший эпизод коматиитового вулканизма зеленокаменного пояса Абитиби, с которым был сопряжен экстремально высокий рост ювенильной континентальной коры, который оценивается в 0,54 км3/год (de Wit, 1998). Отметим, что оценка суммарного приращения континентальной коры Земли путем механизма аккреции островных дуг на всех конвергентных границах Земли составляет 1,1 км3/год (Schubert, Sandwell, 1989). Вместе с тем каким образом мантийно-плюмовые события могут "конвертироваться" в процессы генерации ювенильной континентальной коры, остается открытым вопросом. Так, хорошо известно, что средний состав континентальной коры не лежит на линии смешения между островодужными толеитами, мантийно-плюмовыми источниками и примитивной мантией (Rudnick, 1995). Поэтому предполагается, что мантийно-плюмовые производные могли играть в основном опосредованную роль в генерации ювенильной континентальной коры.

Теоретически возможны два варианта (Condie, 1998). Первый связан с непосредственным воздействием плюма на литосферу, вызывая плавление ее основания и продуцируя, таким образом, среднекислые расплавы ТТГ серий. Подобный сценарий нами рассматривался в деталях для объяснения особенностей строения гранит-зеленокаменных областей с ярко выраженными структурами "стадных батолитов" (Щипанский, Подладчиков, 1991). Второй вариант предполагает непрямую связь между мантийно-плюмовыми процессами и генерацией коры. Мантийные плюмы вызывают дополнительный разогрев верхней мантии, что должно приводить к увеличению объема продуцируемой океанической коры за счет больших степеней плавления верхней мантии. Как следствие, в зоны субдукции попадают большие объемы океанической коры, что, в свою очередь, должно приводить к увеличению объемов продуцирования островодужных магм. Однако в реальности этот или какой-либо иной механизм взаимодействия мантийно-плюмовых производных и зон субдукционной геодинамики остается неизученной областью.

Возможно, это обстоятельство связано с относительной "молодостью" проблемы мантийно-плюмовой геодинамики и трудностями идентификации мантийно-плюмовых производных в складчатых аккреционных и коллизионных поясах. Действительно, в литературе не так уж и много примеров выделения вулкано-плутонических комплексов мантийно-плюмовой природы в складчатых поясах фанерозоя. В качестве палеоаналогов океанических плато описываются некоторые аллохтонные массивы вдоль окраин Тихого океана, среди которых наиболее известен триасовый комплекс Врангелия, расположенный на южной Аляске и в Британской Колумбии (Ben-Avraham et al., 1981; Richards et al., 1991).

Между тем кажется достаточно странным, что современная картина огромных пространств современного океанического ложа, сложенных мантийно-плюмовыми производными, включая океанические плато и различного рода хребты и цепи островов, возникших над горячими точками, получает достаточно скудное выражение в геологической летописи фанерозоя.

Архейские зеленокаменные пояса, где мантийно-плюмовые производные идентифицируются на основе выделения коматиитовых формаций, предоставляют возможность более детального рассмотрения вопросов связи мантийно-плюмовой геодинамики и формирования ювенильной континентальной коры. Многие примеры зеленокаменных поясов особенно неоархея демонстрируют структурно-вещественные и метаморфические характеристики конвергентных границ, где происходила аккреция океанических плато и ювенильных островных дуг (Kusky, Polat, 1999). Таким образом, архейские зеленокаменные пояса могут представлять особый интерес для решения очерченной проблемы.

Открытые в последние годы ранее неизвестные в архее вулканиты бонинитовой серии как в поясе Абитиби Канадского щита (Kerrich et al., 1998), так в Северо-Карельском поясе Балтийского щита (Shchipansky et al., 1998; Щипанский и др., 1999) со всей очевидностью демонстрируют валидность модели формирования ювенильной архейской континентальной коры в обстановках конвергентных плитовых границ. Однако в обоих случаях вулканиты бонинитовой серии находятся в тесной ассоциации с вулканитами мантийно-плюмового генезиса. В случае зеленокаменного пояса Абитиби вулканиты бонинитовой серии были обнаружены в ассоциации с толеит- серией Мунро Тауншип, считающейся эталоном разрезов мантийно-плюмовых образований архея. В Северо-Карельском поясе вулканиты бонинитовой серии ассоциируют с вулканитами горячей точки. С точки зрения как геодинамики, так и геохимии эти серии являются своеобразными антагонистами, поскольку они принадлежат к различным мантийным источникам (экстремально деплетированным верхней мантии и обогащенным глубокой мантии) и диаметрально противоположным направлением мантийных потоков (погружающимся и холодным, с одной стороны, и восходящим и горячим, с другой стороны). Кроме того, в этих поясах обнаруживается и латеральная зональность в распределении сопряженных во времени известково-щелочных комплексов.

Являются ли эти черты строения зеленокаменных поясов прерогативой архейских обстановок, или же можно найти аналогии в современных обстановках субдукционной геодинамики? С какими режимами субдукции могли быть связаны эпизоды взаимодействия мантийно-плюмовых производных и собственно надсубдукционных формаций? И, наконец, какое значение может иметь подобное мантийно-плюмовое и субдукционное взаимодействие в генезисе ювенильной континентальной коры?

Попытке найти ответы на эти вопросы и посвящена эта монография. Поскольку в настоящее времени обнаружились и другие зеленокаменные пояса с бонинитовым вулканизмом, Фротет-Эванс на Канадском щите и, что самое удивительное, древнейший на Земле, пояс Исуа, Гренландия, то рассмотрение вопросов их геодинамики также представляет несомненный интерес для цели настоящей работы.

Второй блок монографии посвящен проблемам современной геодинамики конвергентных границ, где происходит в настоящее время генерация ювенильной континентальной коры. Необходимость рассмотрения этих вопросов представляется очевидной, поскольку без понимания процессов, происходящих в современных зонах конвергенции океанических плит, невозможно дать сколько-нибудь адекватный ответ на поставленные вопросы. Кроме того, некоторые области современной тектоносферы Земли демонстрируют стили развития, связанные с повышенным тепловым потоком, закономерности геодинамики которых, несомненно, должны иметь важнейшее значение для понимания архейской геодинамики.

Прежде чем перейти к рассмотрению обозначенных выше вопросов архейской и современной геодинамики, представляется целесообразным рассмотреть основные проблемы архейской геодинамики в ракурсе общепринятого понимания того, что тепловой поток архейской Земли был в 2--3 раза более высоким по сравнению с современным. Это обстоятельство не могло не оказывать влияния на стиль геодинамических процессов ранней Земли, связанных с предполагаемыми более высокими температурными градиентами мантии Земли. Рассмотрению этих проблем и посвящена глава 1 настоящей работы.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце