Аккреционные клинья: формирование, структура и роль в субдукции литосферных плит

Согласно фундаментальным положениям теории тектоники плит, жесткая внешняя оболочка Земли — литосфера — разделена на несколько крупных и множество мелких плит. Эти плиты перемещаются по пластичному слою верхней мантии, астеносфере, взаимодействуя на своих границах. Конвергентные (сходящиеся) границы характеризуются движением плит навстречу друг другу. В результате более плотная океаническая литосфера пододвигается под континентальную или другую океаническую плиту в процессе субдукции. Этот процесс локализуется вдоль глубоководных желобов и приводит к формированию вулканических дуг и аккреционных клиньев.

Аккреционные клинья (призмы) представляют собой масштабные геологические тела сложного строения. Они формируются на стороне субдукционного желоба, обращенной к верхней, нависающей плите. Их образование связано преимущественно с механическим соскабливанием осадочных и верхнекоровых пород с погружающейся субдуцирующей плиты. Этот материал, смешиваясь с осадками, накапливающимися в желобе, аккрецируется к фронту верхней плиты. В поперечном сечении эти образования имеют характерную клиновидную форму, сужающуюся вглубь континента.

Внутренняя структура аккреционных клиньев является одной из наиболее сложных на планете. Она характеризуется интенсивной складчатой и надвиговой деформацией. Типичны системы чешуйчатых надвиговых разломов, которые дробят, сминают и наслаивают друг на друга пластины горных пород. Деформация распределена неравномерно, создавая зоны с преобладанием либо разрывных нарушений, либо изоклинальной складчатости. Это приводит к формированию тектонических меланжей.

Тектонические меланжи — хаотичные смеси раздробленных пород различных типов, заключенные в тонкоперетертую матрицу. В их составе часто встречаются обломки грейвакка, кремнистых пород, базальта и известняка. Матрицей обычно служат сланцы или серпентинит. Меланжи являются диагностическим признаком аккреционных комплексов, свидетельствующим о масштабных дислокационных процессах в условиях высокого стресса.

Важным метаморфическим индикатором условий субдукции служит голубой сланец. Эта порода голубосланцевой фации формируется в условиях высокого давления и относительно низкой температуры (HP-LT метаморфизм). Такие условия возникают на значительной глубине внутри клина, где давление велико, но температура подавлена из-за близости холодной субдуцирующей плиты. Последующее выведение этих пород на поверхность связано с внутренними механизмами эксгумации внутри самого клина.

Рост и эволюция клина напрямую зависят от продолжающейся конвергенции плит. Литоологический состав клина определяется стратиграфией погружающейся плиты. Так, субдукция плиты с тонким чехлом пелагических осадков (кремнистые илы) приводит к формированию клина с доминированием этих пород и базальтового фундамента. Если же плита несет мощные толщи турбидитов (например, грейвакка), то клин будет состоять в основном из крупных надвиговых пластин этих осадочных пород.

Помимо фронтальной аккреции (соскабливания), важную роль играет процесс подстилания (базального аккреции). Он заключается в отслаивании материала от плиты и его присоединении к основанию уже существующего клина. Это вызывает поднятие и деформацию вышележащих частей. Кроме того, крутые склоны в фронтальной части клина подвержены гравитационным оползням и обрушениям. Оползневые массы накапливаются в желобе, позже снова вовлекаясь в процесс аккреции, что усложняет внутреннее строение.

Механически поведение аккреционного клина часто описывается моделью критического конуса. Клиновидное тело достигает критического угла наклона, после чего становится неустойчивым. Для сброса напряжений и восстановления устойчивости происходят либо фронтальное прорастание — образование нового надвига в носке клина, либо растяжительное обрушение в его тыловой части с образованием сбросов. Таким образом, в клине одновременно действуют как надвиги, так и нормальные сбросы.

Аккреционные клинья — активные структуры большинства современных зон субдукции, таких как Нанкайский прогиб у Японии или Зондский желоб. Однако в геологической истории движение плит часто приводит к коллизии — столкновению континентов. В этом случае аккреционные клинья оказываются захваченными и встроенными в формирующиеся орогенные пояса (горные сооружения). В ходе коллизии они подвергаются дополнительному интенсивному сжатию, метаморфизму более высоких температур и внедрению магматических интрузий.

Идентификация древних аккреционных комплексов в пределах современных горных поясов представляет значительную научную проблему. Первоначальная сложная структура клина существенно модифицируется и перерабатывается в ходе последующих орогенных событий. Это стирает первичные диагностические признаки, требуя от геологов проведения детальных структурных, петрологических и геохимических исследований для уверенной реконструкции палеогеодинамических обстановок.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.