Глава 6 субдукция, обдукция и коллизия (тектонические процессы на конвергентных границах литосферных плит)

Взаимодействие литосферных плит при встречном движении (т. е. на конвергентных границах) порождает сложные и многообразные тектонические процессы, проникающие глубоко в мантию. Они выражены такими мощными зонами тектономагматической активности, как островные дуги, континентальные окраины Андского типа и складчатые горные сооружения. Различают два главных вида конвергентного взаимодействия литосферных плит: субдукцию и коллизию. Субдукция развивается там, где на конвергентной границе сходятся континентальная и океанская литосферы или океанская с океанской. При их встречном движении более тяжелая литосферная плита (всегда океанская) уходит под другую, а затем погружается в мантию. Коллизия, т.е. столкновение литосферных плит, развивается там, где континентальная литосфера сходится с континентальной: их дальнейшее встречное движение затруднено, оно компенсируется деформацией литосферы, ее утолщением и «скучиванием» в складчатых горных сооружениях. Гораздо реже и на короткое время при конвергенции возникают условия для надвигания на край континентальной плиты фрагментов океанской литосферы: происходит ее обдукция. При общей протяженности современных конвергентных границ около 57 тыс. км 45 из них приходится на субдукционные, остальные 12 — на коллизионные. Обдукционное взаимодействие литосферных плит в наши дни нигде не установлено, хотя известны участки, где эпизод обдукции произошел в сравнительно недавнее геологическое время.

6.1. Субдукция: ее проявление, режимы и геологические последствия

Рис. 6.1. Первое изображение сейсмофокальных зон в районе Японских островов, по К. Вадати (1935). Изолинии глубины очагов в километрах

Рис. 6.2. Становление представлений о субдукции. Слева схема Б. Гутенберга и Ч. Рихтера (1939), справа схема Г. Штилле (1958); У — уровень плавления коры

Еще в начале 30-х годов, обнаружив вдоль глубоководных желобов Индонезии резкие отрицательные аномалии, Ф. Венинг-Мейнес пришел к выводу, что в этих активных зонах происходит затягивание в мантию складок легкого корового вещества. Тогда же Ф. Лейк, исследуя форму и размещение островных дуг, объяснил их образование пересечением земной сферы наклонными сколами, по которым Азиатский континент надвигается в сторону Тихого океана. Вскоре К. Вадати впервые установил наклонную сейсмофокальную зону, уходящую от глубоководного желоба, под вулканические цепи Японских островов, что свидетельствовало в пользу предположений о связи островных дуг с крупными поддвигами (или надвигами) по периферии Тихого океана (рис. 6.1).

Эту идею поддержали как сейсмологи, продолжившие изучение сейсмофокальных зон (Б. Гутенберг, Ч. Рихтер, а впоследствии X. Беньоф), так и геологи, в их числе А.Н. Заварицкий. К такому же выводу пришел Дж. Умбгрове, связавший воедино накопленные в середине 40-х годов геолого-геофизические данные об островных дугах. Р. Ганн рассчитал возможность образования глубоководных желобов в результате скола и упругой деформации земной коры под действием горизонтального сжатия. К концу 60-х годов Г. Штилле высказал мысль, что образование глубоководных желобов, сопутствующих им отрицательных гравитационных аномалий и уходящих в мантию сейсмофокальных зон сопряжено с наклонным поддвиганием океанской земной коры; на определенной глубине она подвергается плавлению, порождая вулканические цепи, протянувшиеся параллельно желобу (рис. 6.2).

Эта схема была уже очень близка к современному представлению о субдукции как форме конвергентного взаимодействия литосферных плит. Оно сложилось в 60-х годах, когда была разработана модель литосферной субдукции. Сам термин «субдукция» (лат. sub — под, ductio — ведение) был заимствован из альпийской геологии: в начале 50-х годов А. Амштуц назвал субдукцией подвиг и затягивание на глубину одних сиалических комплексов Альп под другие. В своем новом значении термин «субдукция» был одобрен на II Пенроузской конференции и с тех пор широко используется для одного из основополагающих понятий тектоники литосферных плит. За последние десятилетия учение о субдукции превратилось в обширный раздел геотектоники.

Следует подчеркнуть, что понятие и термин «субдукция» были введены для обозначения сложного глубинного процесса, ранее неизвестного. Субдукцию нельзя свести ни к «поддвигу», ни к «надвигу» литосферных плит. Их сближение при субдукции складывается из векторов движения двух контактирующих плит, причем наблюдается разнообразное соотношение направления и величины этих векторов. Кроме того, в тех случаях, когда происходит быстрое гравитационное погружение одной из литосферных плит в астеносферу, их взаимодействие осложняется откатом конвергентной границы. Установлено, что субдукция развивается по-разному в зависимости от соотношения векторов движения плит, от возраста субдуцирующей литосферы и ряда других факторов.

Поскольку при субдукции одна из литосферных плит поглощается на глубине, нередко увлекая с собой осадочные формации желоба и даже породы висячего крыла, изучение процессов субдукции сопряжено с большими трудностями. Геологические наблюдения затрудняются и глубоководностью океана над субдукционными границами. Поэтому большую ценность представляют результаты первого детального картирования участков дна в желобах (Японском, Нанкай и Курило-Камчатском), которое проведено по франко-японской программе «Кайко» с применением погружаемых аппаратов. Несколько лет назад у берегов Барбадоса (островная дуга Малых Антил), а затем и на склоне желоба Нанкай при бурении с корабля «Джойдес Резолюшн» удалось пересечь сместитель зоны субдукции, находящийся в точке бурения на глубине нескольких сотен метров под поверхностью дна.

Современная субдукция выражается в подводном и наземном рельефе, тектонических движениях и структурах, вулканизме и условиях седиментации. Глубинное строение зон субдукции, ее сейсмические и геотермические проявления изучаются методами геофизики. Для расчетов кинематики субдукционного взаимодействия литосферных плит используются параметры их движения, определяемые относительно осей спрединга и в координатах горячих точек, а также решения фокального механизма непосредственно в верхней части зон Беньофа. В последние годы все большее значение приобретают прямые измерения относительного движения литосферных плит методами лазерных отражателей и радиоинтерферометрии.