Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Кинематика позднемеловых и мел-палеогеновых энсиматических островных дуг Камчатки

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Левашова, Наталья Михайловна, Москва

Российская Академия Наук

Геологический институт

Н.М. Левашова

Кинематика позднемеловых и мел-палеогеновых энсиматических островных дуг Камчатки.

Диссертация, представленная на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук по специальности 04.00.01 - общая и региональная геология

Научные руководители: доктор физико-математических наук Г.З. Гурарий кандидат геолого-минералогических наук М.Н. Шапиро

Москва - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ТЕКТОНИКИ ОЛЮТОРСКО-КАМЧАТСКОЙ ОБЛАСТИ

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПАЛЕОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 3. ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ДАННЫЕ ПО АЧАЙВАЯМ-ВАЛАГИНСКОЙ ЗОНЕ

1. Зона Срединного хребта.

2. Зона Восточных хребтов.

3. Олюторская зона Корякского нагорья.

ГЛАВА 4. ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ЗОНЕ ВОСТОЧНЫХ ПОЛУОСТРОВОВ КАМЧАТКИ

1. Полуостров Камчатский Мыс.

2. Кроноцкий полуостров.

ГЛАВА 5. КИНЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

1. Краткое описание кинематики плит в регионе.

2. Методика обратного моделирования.

3. Кинематическое моделирование.

а) Зона Восточных полуостровов Камчатки.

б) Зона Срединного и Восточных хребтов Камчатки.

ГЛАВА 6. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ АЧАЙВАЯМ-ВАЛАГИНСКОЙ И КРОНОЦКОЙ ПАЛЕОДУГ

1. Тектонические модели.

2. Оценка ошибок и неопределенностей в данных, на которых основаны предложенные модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Северо-западное обрамление Тихого океана представляет собой агломерат террейнов, многие из которых являются фрагментами древних островных дуг. В структуру Олюторско-Камчатского региона включены фрагменты кампан-маастрихтской Ачайваям-Валагинской и мел-палеогеновой Кроноцкой палеодуг. Реконструкция их перемещений не только дает возможность продвинуться вперед в понимании процесса формирования региона, но и изучить на этом примере процесс формирования переходной зоны континент-океан. Количественная реконструкция кинематики древних остронвных дуг позволяет восстановить кинематику значительного участка конвергентной границы на северо-западе Тихого океана в кампане-маастрихте и палеогене. Это, в свою очередь, позволяет уточнить кинематику плит в бассене Тихого океана, а также сделать некоторые выводы о возможных способах пространственной эволюции конвергентных границ.

Попытки реконструировать тектоническое развитие региона предпринимались неоднократно, однако носили главным образом качественный характер. Для создания количественных реконструкций, кроме геологической информации о возрасте надсубдукционного вулканизма, возможном времени коллизии палеодуги с окраиной континента и т.д., нужно иметь также информацию о пространственном положении островных дуг в различные периоды времени. Только палеомагнитные данные могут дать количественную оценку латеральных смещений палеодуг. Полученный массив палеомагнитных данных, в сочетании с существующим на сегодняшний день количественным анализом кинематики основных плит Тихоокеанского региона, позволил создать количественную реконструкцию кинематики изученных палеодуг.

Цель и задачи работы. Целью данной работы являлась количественная реконструкция кинематики древних энсиматических островных дуг, включенных сейчас в структуру Олюторско-Камчатского региона.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие

задачи:

1) Получить палеомагнитные данные по разновозрастным островодужным комплексам Камчатки и установить пространственное положение Ачайваям-Валагинской и Кроноцкой палеодуг в различные периоды времени.

2) Провести для этих палеодуг кинематическое моделирование, основанное на палеомагнитных и геологических данных, с использованием кинематических параметров плит Тихоокеанского региона из [Ел^еЬШзоп ег а1., 1985].

3) На основе результатов кинематического моделирования создать количественные модели возможной кинематики Ачайваям-Валагинской и Кроноцкой палеодуг.

Научная новизна. Впервые получены отвечающие современным требованиям палеомагнитные данные по островодужным комплексам Камчатки и проведена количественная реконструкция кинематики древних энсиматических островных дуг, входящих в состав Олюторско-Камчатского региона.

Фактический материал и методы исследования. Теоретической базой для решения поставленной задачи являлась тектоника литосферных плит. Полученные выводы сделаны по результатам кинематического моделирования, основанного на кинематике плит Тихоокеанского региона, геологических и палеомагнитных данных.

Использовались кинематические параметры плит из [Ег^еЫ^оп е1 а1., 1985], литературные геологические данные, а также палеомагнитные данные, полученные автором по островодужным комплексам Камчатки и полученные Д.В. Коваленко по островодужным комплексам Олюторской зоны Корякского нагорья и о-ва Карагинский. Для получения палеомагнитных данных использовались стандартные экпериментальные и аналитические методы, применяемые в этой области. Для кинематического моделирования использовался метод обратного моделирования |Т)еЫс11 е1 а1., 1987].

Основные защищаемые положения: 1. Поздемеловые островодужные комплексы Ачайваям-Валагинской зоны Олюторско-Камчатского региона формировались на статистически неразличимых палеоширотах, что объясняется существованием в кампане-нижнем палеоцене единой Ачайваям-Валагинской палеодуги, располагавшейся на 20°-25° южнее окраины северо-восточной Азии.

2. Северный дрейф Ачайваям-Валагинской палеодуги происходил на лидирующем краю одной из океанических плит (Кула или Пацифика).

3. В кампане-маастрихте на 2000-2500 км. южнее окраины континента заложилась Кроноцкая палеодуга.

4. Кроноцкая палеодуга смещалась к югу на океаническом продолжении одной их континентальных плит до первой половины палеоцена, когда она поменяла полярность и заложилась новая зона субдукции, наклоненная под океаническую плиту. С этого времени до отмирания зоны субдукции около 40 млн. лет назад палеодуга двигалась к северо-западу на лидирующем краю плиты Пацифика. После отмирания зоны субдукции палеодуга в пассивном состоянии двигалась в составе плиты Пацифика до коллизии с континентом в позднем миоцене-плиоцене.

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы работы докладывались на международных конференциях по тектонике литосферных плит памяти Л.П. Зоненшайна (Москва, 1995, 1998); на международном симпозиуме AGU (Балтимор, США, 1996); на конкурсе научных работ ГИН РАН (1995, 1996, 1997); на Общемосковском семинаре по палеомагнетизму и магнетизму горных пород (ОИФЗ РАН им. О.Ю. Шмидта, 1998); на тектоническом коллоквиуме ГИН РАН (1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ и 3 находятся в печати.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 99 листах машинописного текста. Она содержит 42 рисунка и 10 таблиц. Библиография включает 86 наименований.

Работа над диссертацией проводилась в лаборатории палеомагнетизма Геологического института РАН. Научное руководство осуществлялось доктором физико-математических наук Г.З. Гурарием и кандидатом геолого-минералогических наук М.Н. Шапиро, которым автор приносит свою благодарность. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность M.J1. Баженову за многолетнее сострудничество, консультации и помощь на всех этапах работы. На различных стадиях работы автору также помогали сотрудники ГИН РАН C.B. Шипунов, В.Н. Беньямовский, B.C. Буртман, М.В. Алексютин и сотрудник ОИФЗ РАН Д.М. Печерский. Автор благодарен

также Ж.-П. Конье, Р. Энкину, А. Ландеру и C.B. Шипунову за програмное обеспечение, использованное при выполнении этой работы. Автор благодарит Г. Новикова и Н.М. Шапиро за помощь в полевых работах и Н.Я. Дворову за постоянную помощь в лабораторных исследованиях. Автор признателен М.Е. Бояриновой и другим геологам Камчатской геологической экспедиции, а также всем тем шоферам, вертолетчикам, оленеводам и многим другим жителям Камчатки, которые всегда оказывали нам помощь и проявляли гостеприимство во время полевых работ на Камчатке.

ГЛАВА 1.

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ТЕКТОНИКИ ОЛЮТОРСКО-КАМЧАТСКОЙ ОБЛАСТИ.

На территории Олюторско-Камчатской области выделяется три региональных тектонических шва: Ватынско-Андриановский, Ветловско-Говенский и надвиг Гречишкина (Рис. 1.1). Эти швы делят регион на четыре основных тектонических зоны северо-восточного простирания: Западно-Камчатско-Укэлаятскую, Ачайваям-Валагинскую, Ветловскую и зону Восточных полуостровов. Четыре выделенные зоны резко различаются по составу формаций, накопившихся до образования этих швов.

Западно-Камчатско-Укэлаятская зона сложена интенсивно дислоцированными песчано-глинистыми толщами верхнего мела на Камчатке [Соколов, 1992;Шапиро и др., 1993] и верхнего мела - нижнего эоцена в Олюторской зоне [Чехович, 1993]. Они интерпретируются как фации подножия континентального склона с выделением среди них дистальных турбидитов и контуритов [Казимиров и др., 1987]. Песчаники этих толщ по составу отвечают кварц-полевошпатовым грауваккам, лишены значительной примеси туфогенного материала и являются продуктами размыва молодой складчатой области [Шапиро и др., 1993]. Северо-западнее, на большей части Корякского нагорья осадки верхнего мела представлены шельфовыми терригенными толщами [Соколов, 1992]. Поэтому Западно-Камчатско-Укэлаятская зона считается периферической частью позднемеловой окраины Евроазиатского континента, соответствующей подводному континентальному склону. Метаморфические (в том числе и гранито-гнейсовые) комплексы южной части Срединного хребта Камчатки рассматриваются как выступы доверхнемелового фундамента, подстилавшего континентальный склон [Хан чу к, 1985]. На побережье Западной Камчатки развитие этого склона закончилось в конце мела, а палеоцен представлен здесь континентальными молассами. В то же время на юге Корякского нагорья верхнемеловые серии Укэлаятского прогиба согласно перекрываются близкими по составу толщами палеоцена и, возможно, нижней части эоцена [Чехович, 1993].

С юго-востока Западно-Камчатско-Укэлаятская зона ограничена Ватынско-Андриановским швом. Это самая крупная в регионе система разрывов,

Доверхнемеповые образования

Позднемеловые и кайнозойские элементы структуры

Аллохтонные комплексы

Формации Ачайваям-Валагинской палеодуги

|Щ±Ш1 Верхнемеловые и нижнепапеоценовые

островодужные и океанические комплексы

Ш Верхнепалеоценовый флиш Восточного хребта

Формации Кроноцкой палеодуги

Меловые океанические формации полуострова Камчатский мыс

Верхнемеловые островодужные формации Кроноцкого полуострова

Палеоцен-эоценовые островодужные серии

Шельфовые осадки олигоцена и миоцена Тюшевского прогиба

Автохтонные комплексы

Флиш Укелаятско-Западно-Камчатской зоны - позднемеловой-палеоценовой подводной окраины Азии

Палеоген-миоценовые флишево-олистостромовые и кремнисто-туфогенно-терригенные формации Ветловско-Говенской аккреционной призмы Неоавтохтонный чехол осадков и вулканитов кайнозоя с диахронной нижней границей: от палеоцена на Западном побережье до плиоцена на Кроноцком перешейке.

И

О

ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ШВЫ

У прослеженные

•.— ' предполагаемые под неоавтохтоном и на дне акваторий

(7) Ватынско-Андриановский

(0) Ветловский

(щ) Надвиг Гречишкина

, Северная граница Олюторско-Камчатской области

Рис. 1.1. Схема строения Олюторско-Камчатской области.

разделяющая терригенные формации верхнего мела на северо-западе и одновозрастные осадочно-вулканогенные и интрузивные серии на юго-востоке. Она включает Ватынско-Вывенский надвиг в Олюторской зоне [Чехович, 1993; Астраханцев и др., 1987; Казимиров и др., 1987], Лесновский надвиг на перешейке Камчатки [Шанцер и др., 1985] и Андриановский разрыв в южной части Срединного хребта Камчатки [Флеров, Колосков, 1976; Шапиро и др., 1986]. На большей части полуострова шов перекрыт кайнозойскими осадками и вулканитами. Возраст последних крупных горизонтальных перемещений по разрывам Ватынско-Андриановского шва, по-видимому, омолаживается с юга на север. По обе стороны Андриановского разрыва развиты интрузии пироксенит-габбро-сиенитового комплекса, сформированного на границе мела и палеоцена [Флеров, Колосков, 1976]. Лесновский надвиг перекрыт среднеэоценовыми эффузивами [Шанцер и др., 1985; Федорчук, Извеков, 1992]. Зафиксированные несогласием деформации в окрестностях Ватынско-Вывенского надвига относятся к среднему миоцену [Чехович, 1993].

Ачайваям-Валагинская зона. К юго-востоку от Ватынско-Андриановского шва все верхнемеловые комплексы имеют чешуйчато-надвиговое строение и заметно варьируют при переходе от одной системы чешуй к другой. Эти вариации еще более значительны, если сравнивать верхнемеловые комплексы Олюторской зоны, Срединного и Восточных хребтов Камчатки. Тем не менее можно наметить и некоторые важные общие черты строения и состава верхнемеловых комплексов этих трех частей региона (Рис. 1.2).

В Олюторской зоне верхнемеловые вулканогенно-осадочные формации разделены на две большие группы. Толщи, сложенные главным образом базальтами океанического типа, яшмами и кремнями отнесены к ватынской серии [Казимиров и др., 1987; Астраханцев и др., 1987]. Наиболее древние комплексы радиолярий в этих толщах относятся к альбу, а наиболее молодые - к кампан-маастрихтскому интервалу. Толщи, сложенные преимущественно туфами и эффузивами островодужного типа, выделены в ачайваямскую свиту в Олюторском хребте и хакинскую свиту в поднятиях Ильпинско-Вывенской зоны [Тарасенко и др., 1970; Казимиров и др, 1987]. Их возрастной диапазон от кампана-маастрихта до низов палеоцена.

Ветловская зона Зона Восточных

н ф

с;

X

с; ^

о;

ш о. ой

Западно-Камчатско-

г- о Укэлаятска зона

(позднемеловая-раннеэоценовая окраина Евразии)

— 10

Ачайваям-Валагинская зона

(позднемеловая-палеоценовая островная дуга)

(эоцен-миоценовая аккреционная призма) ^^

20

30

40

50

— 60

— 70

80

Полуостровов

(позднемеловая-палеоценовая островная дуга)

г Г Г г г г г

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

Рис. 1.2. Положение верхнемеловых - эоценовых островодужных формаций в разрезах Олюторско-Камчатской складчатой области.

1 - океанические формации (базальты типа MORB, яшмы); 2 - островодужные вулканиты и вулканогенно-осадочные толщи; 3 - кремнисто-глинистые толщи; 4 - терригенный флиш; 5 - грубообломочные флишево-олистостромовые толщи; 6 - шельфовые терригенные толщи; 7 - континентальные и паралические молассы; 8 - субаэральные вулканиты окраинно-континентальных поясов; 9 - угловые несогласия; 10 - перерывы, соответствующие периодам отсутствия осадконакопления; 11 - границы структурно-формационных зон, соответствующие главным тектоническим швам; 12 -примерные интервалы палеомагнитного опробования.

Цифры в кружках: 1 - западное побережье Камчатки по [Ю.Б. Гладенков и др., 1997]; 2,5 - Лесновское поднятие по [А.Е. Шанцер и др., 1985]; 3 - Укэлаятский прогиб по [В.Д. Чехович и др., 1993]; 4 - Олюторский хребет по [H.A. Богданов и др., 1987]; 6 - Ильпинский полуостров по [Д.В. Коваленко, 1993]; 7 - остров Карагинский по [В.Д. Чехович и др., 1990]; 8 - хребет Кумроч; 9 - Валагинский хребет по [М.К. Бахтеев и др., 1994]; 10 - сводные разрезы Ветловской зоны в интерпрктации М.Н. Шапиро; И - Кроноцкий полуостров, с учетом данных Н.В. Цуканова, М.Е. Бояриновой, В.Н. Беньямовского и др.; 12 - полуостров Камчатский Мыс [Г.П. Борзунова и др., 1967; В.Н. Беньямовский и др., 1992].

Описаны нормальные стратиграфические контакты между ватынской и вышележащей ачайваямской свитами [Казимиров и др., 1987 Астраханцев и др., 1987]. Поэтому предполагается, что большая часть кампан-маастрихтских толщ Олюторской зоны сформирована в островной дуге, а альб-кампанские комплексы ватынской серии относятся к ее океаническому основанию [Богданов и др., 1987; Чехович и др., 1990]. В палеоценовых разрезах количество ювенильного вулканического материала заметно уменьшается.

В северной части Срединного хребта Камчатки также выделяются с одной стороны толщи сложенные океаническими базальтами и яшмами, а с другой - туфами и островодужными вулканитами, но они менее надежно и детально датированы (сантон-кампан по иноцерамам и кампан-маастрихт по радиоляриям [Григорьев, Шапиро, 1986; Федорчук, Извеков, 1992]).

В южной части Срединного хребта Камчатки в составе ирунейской и кирганикской свит, возраст которых заключен в интервале от кампана до нижней части палеоцена, преобладают туфы и островодужные вулканиты [Флеров, Колосков, 1976; Шапиро и др., 1986]. Нижние тектонические пластины иногда сложены осадками океанического типа [Константиновская, 1997].

В Восточном хребте развиты мощные и разнообразные туфогенно-осадочные толщи кампана, Маастрихта и нижнего палеоцена. Они согласно перекрываются верхнепалеоценовым флишем, имеющим континентальный источник и не содержащим туфогенног