Сегментация зон субдукции

Сегментация свойственна всем современным зонам субдукции, как отмечают при изучении рельефа и поверхностной тектонической структуры, глубинных геофизических разрезов и сейсмичности, современных движений (в том числе вертикальных), вулканизма, теплового потока, седиментации. Как правило, отчетливо выражены сегменты протяженностью в первые сотни километров, в их пределах обычно улавливается и более дробное деление. От того, намечаются крупные отрезки островных дуг или активных континентальных окраин, объединяющие целый ряд сегментов. Таким образом, сегментация зон субдукции сложна и многомасштабна. Она определяется сочетанием нескольких главных условий, таких как неоднородность субдуцирующей океанской литосферы, изменение кинематических параметров на пересечениях желоба с активными трансформными разломами, неоднородность висячего крыла зоны субдукции.

Значение неоднородности субдуцирующеи океанской литосферы. Согласно правилу ортогональности субдукции (см. 6.1.6), конвергентная граница чаще всего сечет трансформные разломы и к глубоководному желобу подходят, а затем субдуцируют разделенные ими разновозрастные участки океанской литосферы, которые имеют разную толщину, среднюю плотность, температурные и механические характеристики. На крупных трансформных разломах, таких как Мендосино, где амплитуда сдвига может превышать 1000 км, возрастной контраст контактирующих участков литосферы достигает 20—25 млн лет. При пересечении трансформного разлома конвергентной границей это предопределяет различие угла наклона субдуцирующеи плиты, напряженного состояния и других характеристик. Нередко смещается по латерали ось желоба, меняется его глубина, что влияет на продольные мутьевые потоки и накопление турбидитов. Меняются расстояние от желоба до вулканического пояса, его ширина и состав лав. Образуются поперечные к островной дуге (или активной окраине) разрывы с преобладанием сдвиговых смещений, на что указывают как геологические данные, так и решения фокальных механизмов землетрясений. Исследователи подчеркивают то обстоятельство, что при ортогональной субдукции сегментация вулканического пояса отражает в первую очередь структуру уходящей на глубину океанской плиты, а не той литосферы висячего крыла, которая залегает непосредственно в фундаменте вулканов.

Подобная сегментация наглядно проявилась в Курило-Камчатской островной дуге. На рис. 6.27 видно, что по разные стороны от трансформного разлома Буссоль океанская литосфера субдуцирует под различным углом: сравнительно полого под южный сегмент Курильских островов и заметно круче — под северный. Как показал Д.3. Журавлев с соавторами (1985), по этой границе происходит резкое изменение геохимических, в том числе изотопных, характеристик вулканитов.

На южном окончании Марианской дуги, где возраст субдуцирующей литосферы резко омолаживается (с юрского до олигоценового), сопряженные с этим изменения распространяются даже на задуговую область, где затухает зона спрединга.

Значение неоднородности океанской литосферы особенно велико там, где субдуцируют асейсмичные хребты и подводные плато. Как уже отмечалось (см. 6.1.5), на таких отрезках вулканизм видоизменяется или прекращается, а в тылу вулканического пояcа проявляется сжатие, выраженное взбросами, надвигами и изоклинальной складчатостью.

Рис. 6.27. Сегментация зон субдукции. Слева — расщепление плиты Наска при ее погружении под «угол Арики» Андской активной окраины; разделенные трансформными разломами «слабы», судя по профилям зоны Беньофа, субдуцируют с разным наклоном. По Р. Кабре (1983). Справа — сегментация Курильской островной дуги, по данным Г. П. Авдейко (1993), с изменениями:
1 — главный сместитель зоны субдукции; 2 — изолинии глубины залегания зоны Беньофа, км; 3 — современные вулканы; 4 — границы сегментов; 5 — океанская плита и направление ее субдукции; 6 — трансформные разломы

При косоориентированной субдукции океанской плиты ее трансформные разломы смещаются вдоль желоба и поэтому не фиксируются как границы сегментов. Это наглядно проявилось в Алеутской островной дуге к западу от 177° з.д., где большинство поперечных разрывов, разделяющих сегменты, не совмещается с продолжением разломов океанской плиты. Согласно Б.В.Баранову (1989), косоориентированный поддвиг океанской плиты порождает в этой островной дуге растягивающие напряжения, направленные по касательной. Многие поперечные разрывы у фронта дуги раскрываются с образованием подводных каньонов, а каждый из разделенных ими сегментов (длиной 50—200 км) поворачивается по часовой стрелке, что обусловило левосторонний сдвиг между ними, выраженный как структурно, так и сейсмически. Вместе с каждым сегментом оказались повернуты и соответствующие отрезки вулканического фронта. Особенности вулканизма согласуются с изложенной схемой: излияния недифференцированных мантийных базальтов островной дуги локализованы на концах сегментов, где растяжение дает им свободный выход на поверхность. Внутри сегментов, напротив, подъем исходной магмы затруднен, преобладают андезитовые и андезитобазальтовые продукты ее преобразования, а интенсивность вулканизма снижается.

Значение неоднородности висячего крыла зоны субдукции. Возвращаясь к примеру Курило-Камчатской островной дуги, можно увидеть, что на четкую сегментацию, обусловленную дробностью субдуцирующей океанской литосферы, накладывается влияние неоднородности висячего крыла. Вдоль Курильских островов, начиная от Кунашира, мощность коры сначала убывает, а затем возрастает до максимальных значений около 40км. Согласно Т.И.Фроловой (1989), с этими изменениями коррелируются вариации состава вулканических продуктов.

Влияние мощности и состава висячего крыла еще отчетливее на южном окончании зоны субдукции Тонга—Кермадек, где на сравнительно небольшом отрезке (желоб Хикуранги) Тихоокеанская плита погружается не под океанскую, а под континентальную литосферу о. Северный Новой Зеландии. Это отражается и на строении зоны субдукции, и на всех ее проявлениях — от седиментации до магматизма. В частности, там, в вулканическом поясе Таупо, вместо толеитовых базальтов появляются разнообразные известково-щелочные вулканиты (вплоть до риолитов) с высокими, характерными для континентальной коры изотопными отношениями стронция (по А. Эуорту, 1977).

Как показали Ж. Обуэн с соавторами (1981), именно висячее крыло контролирует глубокие различия между северным (мексиканским) и южным (гватемальским) отрезками Центральноамериканской зоны субдукции длиной около 1100 и 1300 км. В этой зоне субдуцирует единая литосферная плита Кокос, скорость конвергенции на всем протяжении почти не меняется (около 7—8см/год), а возраст океанской литосферы у желоба, увеличиваясь на юго-восток с поздне, - до раннемиоценового, затем снова убывает. Висячее крыло, напротив, представлено двумя литосферными плитами — Северо-Американской и Карибской (см. рис. 6.20), которые различаются как геологическим строением, так и параметрами абсолютных движений: первая из них «наезжает» на зону субдукции, вторая медленно отступает (см. табл. 6.1). Активная граница между плитами выражена широтным левосторонним сдвигом Полочик-Матагуа, и именно на его сочленении с Центральноамериканским желобом происходит резкая смена в характере субдукции.

Взаимодействие плиты Кокос с Северо-Американской протекает в аккреционном режиме при сравнительно пологом наклоне зоны Беньофа. Узкий шельф здесь не задерживает терригенный материал, обильно поступающий в желоб (тоже узкий) и питающий разрастание аккреционной призмы. В висячем крыле на побережье наблюдаются структуры сжатия, вулканический пояс отстоит от желоба на 250—400км, удаляясь от него при движении на юго-восток вместе с некоторым выполаживанием субдуцирующей плиты. Взаимодействие плиты Кокос с Карибской происходит в нейтральном режиме при сравнительно крутой зоне Беньофа. Широкий шельф с отчетливо выраженным преддуговым прогибом экранирует поступление терригенного материала, аккреционной призмы нет, и желоб заметно шире. Развитие продольных сбросов и грабенов на висячем крыле свидетельствует о его растяжении. В соответствии с наклоном сейсмофокальной зоны вулканический пояс протянулся параллельно желобу приблизительно в 200 км от него. Он отчетливо делится на пять отрезков длиной 150 — 300 км, выражающих более дробную сегментацию, которая коррелируется с трансформными разломами субдуцирующей океанской литосферы.