Стиль субдукции на разных этапах геологической истории Земли: результаты численного петролого-термомеханического 2D моделирования

Abstract

В статье рассмотрены эффекты, связанные с влиянием эклогитизации пород слэба на режим субдукции под континент. Эклогитизация пород в метаморфических комплексах высокого давления как правило проявлена только на участках проникновения водного флюида. В отсутствии флюида кинетическая задержка эклогитизации сохраняет малоплотные породы при Р‒Т условиях эклогитового метаморфизма, задерживая утяжеление слэба и снижая эффективность действия механизма затягивания слэба, который способствует погружению плиты под большими углами в глубинную мантию. В нашей работе приведены результаты численного петролого-термомеханического моделирования субдукции под континент в широком диапазоне параметров эклогитизации пород океанической коры (дискретная эклогитизация). Нами было проведено тестирование влияния меньшей кинетической задержки эклогитизации в водосодержащем базальтовом слое, в сравнении с более сухим нижележащим габбровым слоем. На основе результатов 112-ти численных экспериментов при 7-ми вариантах диапазонов эклогитизации (в пределах 400–650°С для базальта и 400–1000°С для габбро) при разных потенциальных температурах мантии (на ΔT = 0–250°С выше современной) выявлены крутой, пологий и переходный режимы субдукции. Режим крутой субдукции осуществляется при современных условиях (ΔT = 0°С) при всех вариантах эклогитизации, он характеризуется увеличением угла погружения слэба по мере погружения плиты, а над границей переходной зоны мантии наблюдается выполаживание или подворачивание слэба. Субдукция сопровождается образованием кислых и основных вулканитов и их плутонических аналогов. При повышенных температурах мантии (ΔT≥150 °С) и дискретной эклогитизации в широком диапазоне реализуется режим пологой субдукции с периодическими отрывами фронтальной субвертикальной эклогитизированной части слэба. Режим пологой субдукции сопровождается серпентинизацией мантийного клина и эпизодическим, ограниченным по объему магматизмом (от основного до кислого), который происходит на значительном (≥500 км) удалении от желоба. При переходном режиме, который также реализуется в моделях с повышенной температурой мантии, происходит характерное изменение от пологой к крутой субдукции, в результате чего слэб приобретает ступенчатую форму. При увеличении кинетического сдвига эклогитизации развивается пологая субдукция. Увеличение мощности континентальной литосферы от 80 км до 150 км способствует реализации крутой субдукции, но влияние скорости конвергенции (5‒10 см/год) выражено неявно. Дискретная эклогитизация утолщенной океанической коры и деплетирование литосферной мантии в океанической плите являются основными факторами пологой субдукции. В современных условиях их влияние становится несущественным из-за снижения толщины океаническое коры и степени деплетированности океанической мантийной литосферы и, как следствие, более редкое пологое движение слэбов определяется другими факторами.