Дивергентная двойная субдукция - Divergent double subduction

Принципиальная схема, показывающая систему субдукции в традиционной теории тектоники плит и дивергентной двойной субдукции

Дивергентная двойная субдукция (сокращенно DDS, также называемая двусторонней субдукцией, направленной наружу.[1]) - особый тип субдукция система, в которой два параллельных зоны субдукции с разными направлениями развиты на одной океанической плите.[2] В обычных теория тектоники плит, океаническая плита субдукты под другую плиту и новые океаническая кора генерируется где-то еще, обычно на другой стороне тех же пластин[3] Однако в дивергентной двойной субдукции океаническая плита субдуцирует с двух сторон. Это приводит к закрытию океана и столкновение дуги с дугой. Эта концепция была впервые предложена и применена к Складной ремень Lachlan в южной Австралии.[2] С тех пор геологи применили эту модель к другим регионам, таким как Солонкерская шовная зона Среднеазиатский орогенный пояс,[4][5] Цзяннань Ороген,[6] в Лхаса –Qiangtang зона столкновения[7] и граница террейна Бейкера.[8] Активные примеры этой системы: 1) Зона столкновения с морем Молукка в Индонезии, в которой Плита Молуккского моря субдуцирует ниже Евразийская плита и Плита Филиппинского моря с двух сторон,[9][10] и 2) микропланшет Adria в центральной Средиземноморье, погружая оба на своей западной стороне (ниже Апеннины и Калабрия) и на его восточной стороне (ниже Динариды ).[11][12] Обратите внимание, что термин «расходящийся» используется для описания одного океаническая плита субдукция в разные стороны с двух противоположных сторон. Его не следует путать с использованием того же термина в 'расходящаяся граница плиты 'который относится к центр распространения который разделяет две пластины, удаляющиеся друг от друга.

Эволюция расходящейся системы двойной субдукции

Полную эволюцию расходящейся системы двойной субдукции можно разделить на четыре основных этапа.[2] 

Начальная стадия: океаническая плита погружается с обеих сторон, образуя две параллельные дуги и аккреционные клинья с противоположными направлениями.[2]

Начальная стадия

Как центральный океаническая плита с обеих сторон погружается в две главные плиты, погружающаяся океаническая плита опускает флюиды вниз, и флюиды высвобождаются в мантийный клин.[2] Это инициирует частичное плавление мантийный клин и магма в конечном итоге поднимается на главные плиты, что приводит к образованию двух вулканические дуги на двух основных пластинах.[2] В то же время отложения оседают на двух краях перекрывающих пластин, образуя два аккреционные клинья.[2] По мере того, как плита погружается и происходит откат, океан становится более узким, а скорость субдукции уменьшается, поскольку океаническая плита становится ближе к перевернутой U-образной форме.[2]

Второй этап: закрытие океанского бассейна и мягкое столкновение двух доминирующих плит.[2][6]

Вторая стадия

Океан в конце концов закрывается, поскольку субдукция продолжается. Две основные пластины встречаются, сталкиваются и свариваются друг с другом «мягким» столкновением.[2][6] Перевернутая U-образная форма океанической плиты препятствует продолжающейся субдукции плиты, потому что материал мантии под плитой захвачен.[2]  

Третий этап: отделение океанической плиты, приводящее к частичному плавлению мантии и нижней коры.[2][6]

Третий этап

Плотная океаническая плита имеет высокую тенденцию к опусканию. По мере того, как он опускается, он разбивается о океаническую плиту и сваренную корку наверху, и образуется разрыв.[2] Создаваемое дополнительное пространство приводит к декомпрессионному плавлению мантийный клин материалы.[2] Расплавы текут вверх, заполняют промежуток и вторгаются в океаническую плиту и сварную кору, как вторжение основных даек.[2] В конце концов, океаническая плита полностью отделяется от сваренной корки, продолжая опускаться.

Финальный этап: продолжающееся опускание океанической коры. Частичное плавление мантии и нижней коры продолжает вызывать вторжение и вулканизм. Вулканические и осадочные породы несогласно отлагаются на аккреционном комплексе.[2][6][7] Пунктирными линиями со стрелкой показан полоидальный мантийный поток, индуцированный откат плиты.[2]

Последняя стадия

Когда океаническая плита отделяется от коры и погружается в мантию, покрытие продолжает происходить. В то же время опускающаяся океаническая плита начинает обезвоживать и выпускать флюиды вверх, чтобы способствовать частичному плавлению мантии и коры над ней.[2][6] Это приводит к обширному магматизму и бимодальный вулканизм.[2][6]

Магматические и метаморфические особенности

Дуговый магматизм

В отличие от односторонней субдукции, при которой на доминирующей плите генерируется только одна магматическая дуга, две параллельные магматические дуги генерируются на обеих сталкивающихся перекрывающих плитах, когда океаническая плита погружается с двух сторон. Вулканические породы, свидетельствующие о дуговом вулканизме, можно найти по обе стороны от берега. зона шва.[2] Типичные типы пород включают известково-щелочные базальты, андезиты, дациты и туфы.[2][6] Эти дуговые вулканические породы обогащены большой ионный литофильный элемент (LILE) и легкий редкоземельный элемент (LREE), но с низким содержанием ниобий, гафний и титан.[6][13]

Обширные вторжения

Частичное плавление мантии генерирует мафический дамба вторжение. Поскольку мантия является основным источником, эти дайки фиксируют изотопные характеристики обедненной мантии, в которой 87Sr /86Отношение Sr около 0,703 и самариево-неодимовое датирование положительный.[2] С другой стороны, частичное плавление нижней коры (аккреционный комплекс) приводит к Гранитоид S-типа вторжения с обогащенными оксид алюминия на протяжении всей эволюции дивергентной двойной субдукции.[2][6]

Бимодальный вулканизм

Когда океаническая плита отделяется от вышележащей коры, происходит интенсивное декомпрессионное плавление мантии. Большое количество горячего базальтовый магма вторгается и расплавляет кору, генерируя риолитовый таять.[6][2] Это приводит к чередованию извержений базальтовой и риолитовой лавы.[2][6] 

Метаморфизм низкой степени

Без континентальной коллизии и глубокой субдукции метаморфизм высокой степени не является обычным явлением, как другие зоны субдукции. Большая часть осадочных толщ и вулканитов в аккреционный клин испытывают метаморфизм низкой и средней степени до зелень или же амфиболит фации Только.[6] 

Конструктивные особенности

Схематическое поперечное сечение, показывающее современный пример дивергентной системы двойной субдукции в зоне столкновения с морем Молукка, Индонезия.[10] Дуга Сангихе преобладает над дугой Хальмахера, и аккреционный комплекс формируется на преддуге дуги Хальмахера.[10]

Толкание и складывание

Когда две главные пластины сходятся, две аккреционные клинья будет развивать. Два аккреционных клина находятся в противоположном направлении. Таким образом, направление надвига и вершины складок в аккреционных клиньях также противоположны.[2] Однако эта предложенная особенность может не соблюдаться из-за непрерывной деформации. Например, в современном примере зоны столкновения с морем Молукка, непрерывное активное столкновение вызывает Сангихе Арка преодолеть Арка Хальмахеры и задняя дуга Арки Халмахеры, чтобы разрушить себя.[10][14] В этом случае формируется сложный складчатый надвиговый пояс, включающий аккреционный комплекс. В будущем арка Сангихе переопределит арку Хальмахера, и горные записи в Хальмахере исчезнут.[10]

Несоответствие

Когда две главные плиты сталкиваются и океанский бассейн закрывается, седиментация прекращается. Опускание океанической плиты затягивает сваренную кору, образуя бассейн, позволяющий продолжать осаждение.[2][6][7] После того, как океаническая плита полностью отделяется от верхней коры, происходит изостатический отскок, оставляющий значительное несогласие в осадочных разрезах.[2][6] 

Факторы, контролирующие эволюцию дивергентной системы двойной субдукции

В природе перевернутая U-образная форма океанической плиты в дивергентной двойной субдукции не всегда должна быть идеально симметричной, как идеализированная модель. Асимметричная форма предпочтительнее, чем реальный пример в Молуккском море, где длина субдуцированной плиты больше на ее западной стороне под дугой Сангихе, а более короткая плита на ее восточной стороне под дугой Сангихе. Арка Хальмахеры.[9] Трехмерное численное моделирование было выполнено для моделирования дивергентной двойной субдукции, чтобы оценить различные факторы, которые могут повлиять на эволюцию и геометрию системы, описанной ниже.[15] 

Ширина океанической плиты

Тородиальный поток захваченной плиты мантии на краю океанической плиты

Ширина пластины определяет, можно ли выдержать дивергентную двойную субдукцию.[15] Перевернутая U-образная форма океанической плиты не является эффективной геометрией для ее погружения из-за материалов мантии под ней.[2] Эти мантийные материалы должны улетучиться тороидальным потоком на краю субдуцированной океанической плиты.[15] Благодаря узкой океанической плите (ширина <2000 км) захваченная мантия под океанической плитой может эффективно улетучиваться тороидальным потоком.[15] Напротив, для устойчивой океанической плиты (ширина> 2000 км) захваченная мантия под океанической плитой не может эффективно выйти из-под тороидального потока, и система не может поддерживаться.[15] Следовательно, дивергентная двойная субдукция может происходить только в небольшой узкой океанической плите, но не в океанической плите большой ширины.[15] Это также объясняет, почему это редкость в природе и большинство зон субдукции односторонние.[15]

Порядок подчинения

Порядок субдукции контролирует геометрию дивергентной двойной субдукции.[15] Сторона, которая раньше начинает подчиняться, раньше входит в уровень эклогитизации. Контраст плотности между плитой и мантией увеличивается, что ускоряет опускание плиты, создавая положительную обратную связь. Это приводит к асимметричной геометрии, когда длина плиты больше на стороне, которая опускается раньше.[15] Вытягивание плиты, количество полоидального потока и скорость схождения на стороне с меньшей длиной будут уменьшены.[15]

Остается неясным, как происходит инициация для обеих сторон одной пластины, если субдукция имеет форму дивергентной двойной субдукции, хотя этот тип субдукции явно наблюдается. Это связано с тем, что трудно сломать движущуюся океаническую плиту (т.е. действующую в качестве задней кромки, которая движется в направлении, обратном продолжающейся, ранее инициированной субдукции) из-за отсутствия сжатия, необходимого для принудительного (индуцированного) инициирования субдукции.[16] Следовательно, самосогласованное инициирование дивергентной двойной субдукции вместе с другими формами двойной субдукции требует дальнейших исследований структурных и магматических записей.[17]

Состояние движения основных пластин

Состояние движения перекрывающих пластин управляет геометрией расходящейся двойной субдукции и положением столкновения.[15] Длина субдуцирующей плиты под застойной перекрывающей плитой короче, потому что мантийный поток слабее, а субдукция медленнее.[15] Напротив, длина погружающейся плиты под свободно движущуюся плиту больше.[15] Кроме того, положение столкновения смещено больше в сторону застойной пластины, так как откат происходит быстрее на свободно движущейся стороне.[15] 

Толщина перекрывающих пластин

Толщина перекрывающих пластин имеет тот же эффект, что и состояние движения перекрывающих пластин, для управления геометрией расходящейся удвоенной субдукции и положением столкновения.[15] Более толстая перекрывающая пластина препятствует субдукции из-за большего трения. В результате получается более короткая плита.[15] Наоборот, более тонкая перекрывающая пластина имеет более длинную пластину.[15] 

Контраст плотности между океанической плитой и мантией

Большой контраст плотности между океанической плитой и мантией создает большую отрицательную плавучесть океанической плиты.[15] Это приводит к более быстрой субдукции и более сильному откату.[15] Следовательно, мантийный поток, вызванный откатом (полоидальный поток), также усиливается. Скорость схождения увеличивается, что приводит к более быстрому и более сильному столкновению двух основных пластин.[15]

Рекомендации

  1. ^ Holt, A. F .; Ройден, Л. Х.; Беккер, Т. В. (04.01.2017). «Динамика субдукции двойной плиты». Международный геофизический журнал. 209 (1): ggw496. Дои:10.1093 / gji / ggw496. ISSN  0956-540X.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac Соэсу, Алвар; Bons, Paul D .; Грей, Дэвид Р .; Фостер, Дэвид А. (август 1997 г.). «Дивергентная двойная субдукция: тектонические и петрологические последствия». Геология. 25 (8): 755–758. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1997) 025 <0755: DDSTAP> 2.3.CO; 2.
  3. ^ К., Конди, Кент (1997). Тектоника плит и эволюция земной коры. Конди, Кент С. (4-е изд.). Оксфорд: Баттерворт Хайнеманн. ISBN  9780750633864. OCLC  174141325.
  4. ^ Сяо, Вэньцзяо; Виндли, Брайан Ф .; Хао, Цзе; Чжай, Минго (2003). «Наращивание, ведущее к столкновению с пермским швом Солонкера, Внутренняя Монголия, Китай: завершение среднеазиатского орогенного пояса». Тектоника. 22 (6): н / д. Дои:10.1029 / 2002TC001484. S2CID  131492839.
  5. ^ Eizenhöfer, Paul R .; Чжао, Гочунь; Чжан, Цзянь; Вс, Мин (2014-04-01). «Окончательное закрытие Палеоазиатского океана вдоль Солонкерской сутурной зоны: ограничения по геохронологическим и геохимическим данным пермских вулканических и осадочных пород». Тектоника. 33 (4): 2013TC003357. Дои:10.1002 / 2013tc003357. HDL:10722/202788. ISSN  1944-9194.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Чжао, Гочунь (2015). «Цзяннань Ороген в Южном Китае: развитие из дивергентной двойной субдукции». Исследования Гондваны. 27 (3): 1173–1180. Дои:10.1016 / j.gr.2014.09.004.
  7. ^ а б c Чжу, Ди-Ченг; Ли, Ши-Мин; Кавуд, Питер А .; Ван, Цин; Чжао, Чжи-Дань; Лю, Шэн-Ао; Ван, Ли-Цюань (2016). «Сборка террейнов Лхаса и Цянтан в Центральном Тибете путем дивергентной двойной субдукции» (PDF). Lithos. 245: 7–17. Дои:10.1016 / j.lithos.2015.06.023. HDL:10023/9072.
  8. ^ Schwartz, J. J .; Snoke, A.W .; Frost, C.D .; Barnes, C.G .; Gromet, L.P .; Джонсон, К. (2010). «Анализ границы террейна Валлова-Бейкер: последствия для тектонической аккреции в провинции Голубые горы, северо-восток Орегона». Бюллетень Геологического общества Америки. 122 (3–4): 517–536. Дои:10.1130 / b26493.1. S2CID  129000860.
  9. ^ а б Маккафри, Роберт; Сильвер, Эли А .; Райт, Рассел В. (1980). Хейс, Деннис Э. (ред.). Тектоническая и геологическая эволюция морей и островов Юго-Восточной Азии. Американский геофизический союз. С. 161–177. Дои:10.1029 / gm023p0161. ISBN  9781118663790.
  10. ^ а б c d е Холл, Роберт (2000). «Неогеновая история столкновений в районе Халмахера, Индонезия». Материалы 27-го ежегодного съезда Индонезийской нефтяной ассоциации: 487–493.
  11. ^ Кирали, Агнес; Холт, Адам Ф .; Фуничелло, Франческа; Факченна, Клаудио; Капитанио, Фабио А. (2018). "Моделирование взаимодействий плита-плита: динамика двухсторонних субдукционных систем с направлением наружу". Геохимия, геофизика, геосистемы. 19 (3): 693–714. Дои:10.1002 / 2017gc007199. HDL:10852/72198. ISSN  1525-2027.
  12. ^ Кирали, Агнес; Факченна, Клаудио; Фуничелло, Франческа (2018-10-09). «Взаимодействие зон субдукции вокруг микроплиты Адрии и начало Апеннинской дуги». Тектоника. 37 (10): 3941–3953. Дои:10.1029 / 2018tc005211. ISSN  0278-7407.
  13. ^ Гилл, Робин (2011). Магматические породы и процессы Практическое руководство. Вили-Блэквелл. п. 190.
  14. ^ Холл, Роберт; Смит, Хелен Р. (2008). Специальный документ 436: Формирование и применение записи отложений в зонах столкновений с дугами. 436. С. 27–54. Дои:10.1130/2008.2436(03). ISBN  978-0-8137-2436-2.
  15. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т Чжан, Цинвэнь; Го, Фэн; Чжао, Лян; У Янмин (2017-05-01). «Геодинамика дивергентной двойной субдукции: трехмерное численное моделирование кайнозойского примера в районе Молуккского моря, Индонезия». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 122 (5): 2017JB013991. Дои:10.1002 / 2017jb013991. ISSN  2169-9356.
  16. ^ Стерн, Р. Дж. (11 сентября 2004 г.). «Инициирование субдукции: спонтанное и индуцированное». Письма по науке о Земле и планетах. 226 (3–4): 275–292. Дои:10.1016 / j.epsl.2004.08.007. ISSN  0012-821X.
  17. ^ Карл, Гильметт (27.08.2018). «Принудительная инициация субдукции, зафиксированная в подошве и коре семаинового офиолита Омана» (PDF). Природа. 11 (3–4): 688–695. Дои:10.1038 / s41561-018-0209-2. HDL:10852/67313. ISSN  1752-0908.