Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

Исходя из анализа изложенных выше примеров и известных моде­ лей бассейнообразования, рассмотрим роль следующих причин пострифтового бассейнообразования:

1. Разогрев и последующее охлаждение мантии под рифтовой зо­

ной.

2.Необратимое растяжение литосферы.

3.Магматизм во всех формах его проявления в мантии, в коре, и в виде вулканизма.

4.Фазовые переходы в коре.

5.Латеральное перетекание жидкого астеносферного вещества.

6.Прогибание за счет седиментации.

7.Прогибание в связи с региональным сжатием.

Роль разогрева мантии может быть различной. Если рассмотреть ее в чистом виде, то в случае, когда образуется «горячее пятно» в верхней мантии над ним в коре из-за термального расширения веще­ ства мантии, образуется поднятие. После прекращения разогрева «го­ рячего пятна» его температура и объем возвращаются примерно в пер­ воначальное состояние и изостатический купол выравнивается с ок­ ружающим рельефом. В чистом виде разогрев и последующее охлаж­ дение мантии не приводят к образованию значительного осадочного бассейна (рис. 3.66).

Необратимое растяжение литосферы является одной из основных причин образования осадочного бассейна, как было показано Маккен­ зи [McKenzie, 1978].

Рассмотрим этот процесс в чистом виде. Пассивное растяжение литосферы приводит к ее шейкообразному утоньшению (последуем простой модели униформного утоньшения Маккензи) и рифтогенезу. Адиабатический подъем верхней мантии из-за декомпрессии под риф­ товой зоной обусловливает ее разогрев и термальное расширение. В конце фазы рифтинга система кора-мантия находится в изостатическом равновесии. После завершения растяжения и прекращения де­ компрессии вещество верхней мантии охлаждается до (для простоты) первоначальной температуры и, естественно, утяжеляется. Система выходит из изостатического равновесия и палеорифтовая зона испы­ тывает погружение (рис. 3.66). Количественно эта модель вслед за Маккензи анализировалась многими исследователями. Расчеты пока­ зывают, что чем больше была величина растяжения, тем больше вели­ чина пострифтового погружения.

В рамках модели Вернике, в которой рифт образуется в связи с формированием пологого срыва диагонально рассекающего литосфе­ ру, при пострифтовом охлаждении осадочный бассейн развивается не

396

Фронт разломообразования расширяет рифт

Мохо

Срыв вдоль неоднородности

Инверсия - подъем и эрозия

Дополнительное утонение нижней коры

Рис. 3.67. Две модели разломообразования в рифтовой зоне и после­

дующего термального пострифтового погружения.

Модель а (Мак-Кензи) — пострифтовый бассейн образуется над зоной рифта; мо­ дель 6 (Вернике) — пострифтовый бассейн образуется не над самой зоной рифтового разломообразования [Coward, 1986].

398

чески это положение обосновано [Артюшков, 1993]. Вещество самого «пятна», истощенное базальтовой составляющей, вероятно, из лерцолита трансформируется в гарцбургит, при этом объем истощенного го­ рячего пятна должен увеличиваться, так как плотность гарцбургита несколько меньше плотности лерцолита. Этот положительный объем­ ный эффект согласно расчетам [White, McKenzie, 1989] способен обу­ словить подъем поверхности на сотни метров. Предположим, что все вещество магматической линзы в кровле горячего пятна вылилось на поверхность и внедрилось в кору, образуя трапповую (платобазальто­ вую) провинцию. В среднем суммарная толщина лав трапповых про­ винций составляет сотни метров-первые километры. Кристаллизация и охлаждение в коре и на поверхности магмы из магматической линзы «горячего пятна», вероятно, не приводит к значительному отрицатель­ ному объемному эффекту, но вызывает некоторое прогибание поверх­ ности. Известно, что трапповые провинции после завершения магма­ тизма испытывают подъем (по крайней мере не превращаются в глу­ бокие осадочные бассейны). Из этого следует, что эффект объемного расширения мантии за счет ее истощения превосходит или равен эф­ фекту объемного уменьшения базальтовой фракции из-за ее кристал­ лизации. Таким образам, в случае полного или почти полного опорож­ нения магматической линзы в кровле мантийного «горячего пятна» образования осадочного бассейна не происходит, а наоборот, вероятно, образуется небольшое поднятие.

Теперь предположим, что все вещество базальтоидного расплава в кровле «горячего пятна» мантии не транспортировалось на поверх­ ность, а осталось в магматической линзе и в процессе общего охлаж­ дения там раскристаллизовалось. Согласно Рингвуду [1981], при дав­ лениях более 22-25 Кбар и температурах более 1200 °С (условия, ве­ роятные в кровле «горячего пятна» мантии под нормальной и толстой литосферой) при кристаллизации базальтовый расплав превращается в эклогит с аномально большой для верхней мантии плотностью 3.5 г/см3 (рис. 3.68). Эклогитовая линза может резко утяжелить подко­ ровую мантию и вызвать прогибание коры с образованием осадочного бассейна [Никишин, 1992; Лобковский и др., 1993]. Величина этого прогибания зависит от мощности эклогитовой линзы и точно не рас­ считан из-за неопределенности величин параметров. Таким образом, можно предполагать, что если базальтовый расплав кристаллизуется выше раздела габбро-эклогитового перехода, то за счет магматизма не происходит заметного прогибания коры, а если ниже и в небольших объемах — это может служить причиной бассейнообразования. Соот­ ветственно возможны любые промежуточные варианты.

399

Кора

Мантия

f ' Частичное ч

\ . плавление'ч

v•

V. ■ . . ■ '/

Рис. 3.68. Возможная роль магматизма в образовании купольных под­ нятий (в а р и а н т I) и осадочных бассейнов (в а р и а н т II) [Никишин, 1992|.

Возможная роль фазовых переходов в веществе коры давно обсу­ ждается как одна из причин образования осадочных бассейнов в рабо­ тах Е. В. Артюшкова [1993]. Предполагается, что в силу ряда причин в условиях флюидного потока габброиды могут перейти в эклогиты с резким утяжелением коры, что ведет к ее погружению. Рингвуд [1981] считает, что в коре в заметных масштабах вероятность этих превраще­ ний крайне мала. Геологических строгих подтверждений этим процес­ сам нет и вопрос остается открытым. Известно, что трапповые про­ винции с вероятным наращиванием коры снизу габброидами и, на­ пример, палеорифт Мидконтинент с мощной нижнекоровой базальтоидной линзой (рис. 3.29) не превратились в синеклизы; это свидетель­ ствует скорее в пользу того, что под ними в коре габброиды не транс­ формировались в эклогиты. В целом роль фазовых переходов в лито­ сфере может быть значительной, но эта проблема трудно решается в связи с тем, что трудно представить какие процессы протекают в ни­ зах коры и литосферы.

Известно, что под рифтами в астеносфере вещество находится в частично расплавленном состоянии и степень плавления превышает первые проценты. Л. И. Лобковский [1988] теоретически показал, что жидкое вещество астеносферы способно латерально фильтроваться и перемещаться на большие расстояния в сторону меньших давлений. Рассмотрим следующую теоретическую ситуацию (рис. 3.69). Образо­ валось тройное сочленение континентальных рифтов, под каждым из

400

каспийской впадины формировались Уральский и Скифский орогены. Прикаспийский бассейн стал форландовым бассейном этих орогенов типа широкого краевого прогиба. По-видимому, Прикаспий находился в состоянии сжатия. Можно предполагать, что значительное карбоно­ во-пермское погружение Прикаспийского бассейна было вызвано синкомпрессионным вдавливанием вниз его литосферы. Значительное олигоцен-четвертичное погружение Черноморского бассейна, который был предположительно меловой зоной рифтогенеза, также можно объяснить синкомпрессионным вдавливанием его литосферы.

Таким образом, можно выделить следующие причины пострифтового погружения: (1) охлаждение верхней мантии и литосферы;

(2) кристаллизация тяжелого эклогита ниже уровня габбро-эклогито- вого перехода; (3) латеральная фильтрация астеносферного вещества;

(4) синкомпрессионное вдавливание литосферы бассейна во время коллизионных событий на границах литосферных плит. Пострифтовое погружение усиливается нагрузкой на литосферу из-за седиментации. Наиболее глубокие бассейны сформируются там, где все факторы дей­ ствуют совместно.

3.1.7. РИФТОГЕНЕЗ И МАГМАТИЗМ

Связь процессов рифтогенеза и магматизма охарактеризована в работах Е. Е. Милановского [1976], Н. А. Логачева [1977], А. Ф. Гра­ чева [1977], В. Г. Казьмина [1987], Е. Г. Мирлина [1985], 3. М. Ляшкевич [1987], А. В. Разваляева [1988] и др. По характеру вулканизма за­ метно различаются купольно-вулканические (сводово-вулканические) и рифтовые зоны иных типов. Для первых наблюдается значительный дорифтовый и синрифтовый вулканизм. Для вторых вулканизм или не установлен, или слабо выражен.

По-видимому, для всех купольно-вулканических рифтовых зон планет фиксируется предрифтовый вулканизм. Это, например, рифто­ вые зоны Эфиопская, Кенийская, Красноморская. Для предрифтового вулканизма типичен платовулканизм и вулканизм щитовых вулканов.

Синрифтовый вулканизм типичен в значительных масштабах для купольно-вулканических рифтов и в меньших масштабах для троговых (щелевых) рифтов. Для синрифтового вулканизма характерен вул­ канизм центрального, трещинного и реже щитового типов.

Реология литосферы оказывает важное влияние на характер пред­ рифтового и синрифтового магматизма [Никишин, 1989]. Рассмотрим модель последовательного прогрева литосферы на фоне ее слабого растяжения с целью анализа возможного характера магматизма рифто-

404

вой зоны. Анализ рис. 3.72 показывает, что должны различаться два случая магматизма: (1) магматизм в условиях мощной литосферы с двумя высоковязкими (хрупкими) верхнекоровым и подкоровым слоя­ ми; (2) магматизм в условиях тонкой литосферы с одним высоковяз­ ким верхнекоровым слоем.

Рис. 3.72. Модель изменения реологии континентальной литосферы при ее разогреве и характера вулканизма центрального типа на разных стадиях.

1-4 — слои литосферы: 1 — хрупкая кора, 2 — пластичная кора, 3 — хрупкий верхнемантийный слой, 4 — пластичный верхнемантийный слой; 5 — астеносфера; б — магматические диапиры и пути их всплывания; 7 — вулканы; 8 — кальдера. По [Никишин, 1989].

Литосферу в первом случае можно рассматривать как сравнительно жесткую литопластину конечной прочности, лежащую на эффективно жидкой астеносфере. Согласно теоретическому анализу подобной сис­ темы [Мухамедиев, Никитин, 1986] в условиях растяжения в такой ли­ тосфере возникает так называемая хрупкая неустойчивость и литопластина рассекается многочисленными трещинами. По этим трещинам из астеносферы может дренироваться магма и иметь место платовулканизм. Если в процессе разогрева астеносферы конвективное перемеши­ вание вещества приведет к формированию в ее кровле магмонасыщен­ ного слоя с плотностью меньшей, чем у вышележащей литосферы, то на границе литосфера-астеносфера возникнет гравитационная неустойчи­ вость Релея-Тейлора. Эта неустойчивость приводит к всплыванию в

405