СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА КОРЫ АРХЕЙСКИХ КРАТОНОВ

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА КОРЫ АРХЕЙСКИХ КРАТОНОВ
ЮЖНЫХ МАТЕРИКОВ
Баранов А. (1,2), Бобров А.М. (1), Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН ([email protected]),
Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики
1. Целью - изучение свойств архейских кратонов южных континентов: Африки, Австралии,
Антарктиды и Южной Америки, а также Индийского микроконтинента. Архейские кратоны
этих регионов гораздо менее изучены по сравнению с кратонами северных материков.
Строение и свойства коры для разных архейских кратонов южных материков наряду со
сходствами имеют и большие различия.
кратоны Африки: Западно-Африканский, Конго, Танзанийский, Каапвааль, Зимбабве.
кратоны Южной Америки: Амазонский и Сан-Франциско.
кратоны Австралии: Пилбара, Йелгарн, Голер.
кратоны Антарктиды: Напьер и Грюнегона.
кратоны Индии: Дарвар.
2. Возраст архейских блоков коры 3.8-2.5 млрд. лет. За это время прошла большая эволюция
коры. Тогда как океаническая кора имеет возраст менее 180 млн. лет!!!
3. В настоящей работе собраны и проанализированы данные о строении и свойствах архейских
кратонов южных материков. Был проведен анализ и сравнение таблиц для каждого кратона.
Всего было исследовано 13 кратонов, ранее входивших в Гондвану. Сводные данные по
кратонам представлены в итоговой таблице.
4. Для каждого кратона были изучены данные по Мохо, возрасту, размеру, осадкам, рельефу,
мощности литосферы, сейсмическим скоростям и плотностям в коре.
Работы по программе гранта РФФИ 13-05-01123
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Африканские кратоны
Западно-Африканский и Конго кратоны имеют
огромные размеры (2.9 и 4 млн. км ²) и состоят из
разнородных блоков. Мало изучены.
Однако по совокупности их считают едиными кратонами.
Состоит из
Региабатский и
Эбюрнейского щитов
и бассейна Тауденни
[Attoh and Ekwueme,
1997; Begg et al., 2009]
Мохо 24-42 км
осадки 0 – 7 км
литосфера 200-250 км
края - архейские
щиты, в центре
молодой осадочный
Бассейн.
[Begg et al., 2009;
Wingate et al., 2010].
Мохо 30 – 48 км
Осадки 0 – 7 км
Литосфера 200-250
Африканские кратоны на карте Мохо [Baranov and Morelli, 2014]. Их границы
обозначены жирной бордовой линией на фоне карты Мохо.
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Состоит из северной и южной части.
[Begg et al., 2009; Borg and Shackelton, 1997].
Северный блок граниты 2.8 - 2.6 млрд.
Мохо 32-34 км.
Южный блок гнейсы 2.93-2,85 млрд. лет и
Мохо 24-38 км. Мохо резко уменьшается при
приближении к Восточно-Африканской
рифтовой зоне.
Рельеф 1.1 – 1.8 км.
Осадки 0 – 0.2 км.
Литосфера всего 150 км!
Причина – нахождение над плюмом.
Имеет сложное строение. Хорошо изучен.
Возраст от 3.7 - 3.2 млрд. лет.
[Begg et al., 2009; Kröner and Tegtmeyer,1994].
Осадочные бассейны архейского возраста
(Трансвааль)
На севере граничит с архейским поясом
Лимпопо.
Мохо 26 - 42 км.
Рельеф 0 до 2 км.
Осадки 0 до 2.7 км
(архейские осадочные бассейны).
Мощность литосферы 200 - 250 км.
Возраст 3.7 - 2.6 млрд. лет.
[Begg et al., 2009].
На юге граничит с архейским поясом
Лимпопо.
Мохо 34 до 44 км.
Рельеф 0.8 – 1.3 км.
Осадки 0 – 1км.
Мощность литосферы 200 - 250 км.
Для кратонов Зимбабве и Каапвааль
западная часть более молодая, а
восточная более древняя.
Каапвааль + Лимпопо + Зимбабве=
Калахари кратон
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Кратоны Южной Америки
Возраст 3.4-2.5 млрд. лет. Амазонский
кратон имеет большой размер (1.2 млн. км ²)
и состоит из Гуапурского и Гвианского
блоков со средним Мохо 43 и 45 км.
Осадки отсутствуют или незначительны.
Мало изучен. По совокупности параметров
их считают единым кратоном.
Предполагается что древние архейский
породы продолжаются под более молодыми.
Мохо 36 - 52 км.
Рельеф 0 - 1 км.
Осадки 0 - 0.5 км
Мощность литосферы 150 - 200 км.
Возраст от 3.8 - 2.5-млрд. лет.
Мохо 28 - 44 км.
Рельеф 0 - 1км.
Осадки 0 - 2.4 км
Мощность литосферы около 200 км.
Южноамериканские кратоны
на карте Мохо [Salmon et al., 2010].
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Кратоны Австралии
Содержит архейский осадочный бассейн
Хаммерсли [Reading et al.,2003]
Состоит из 2 частей ранней и
позднеархейской. Возраст 3.7-2.6 млрд. лет
Мохо 29-39 км
осадки 0 – 0.4 км
Рельеф 0.1 - 0.6 км
литосфера 250 км
Австралийские кратоны на карте Мохо [Salmon et al., 2013].
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Состоит из 2 частей ранней и
позднеархейской. Возраст 3.7-2.6 млрд. лет
Мохо 30-46 км
осадки 0 – 4 км
Рельеф 0.2 – 0.5 км
литосфера 250 км
Возраст 3.1-2.5 млрд. лет
Мохо 35-43 км
осадки 0 – 0.4 км
Рельеф 0 – 0.2 км
литосфера 200 км
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Кратоны Антарктиды
Возраст 3.4-3.0
млрд. лет.
[Jacobs et al., 2008;
Fitzsimons, 2000]
Деления нет
Т.к. часть
Каапвааль кратона
Мохо 32-42 км
осадки 0.1 – 0.7 км
Рельеф 0.1-1.5 км
литосфера 150 км
Возраст 3.7-2.5?
млрд. лет.
[Ishikawa and
Kanao, 2002]
очень маленький
Деления нет
тк часть
Дарвар кратона
Мохо 40 км
осадки 0
Рельеф 0.6-1.5
литосфера 250
AntMoho [Baranov and Morelli, 2013]
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Кратоны Индии
Возраст 2.5-3.4 млрд. лет, площадью 210000 км². [Gupta et al., 2003].
Мохо 34 - 50 км.
Рельеф 0.2-0.8 км
осадки 0
литосфера 200-250 км
Западная древняя часть имеет утолщенную кору до 50 км и
высокоскоростной слой нижней коры, достигающим 20 км.
аномалия! - раннеархейская кора толще позднеархейской
Возможная причина – древняя субдукция под западный Дарвар Кратон.
Корень сохранился до наших дней.
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Сводная таблица параметров
Name
Square, kmage, GA
Kaapvaal
550 000
Zimbabwe
240 000
3.7 - 2.6
Tanzanian
390 000
Moho depthMoho average
sediments average sediment
relief thickness
litosphere
38 0 - 2.7
0,5 0 - 2
200 - 250
34 - 44
39 0 - 1
0,2 0.8 - 1.3
200 - 250
2.9 - 2.5
26 - 36
33 0 - 0.2
0,1 1.1 - 1.8
150 - 200
Congo
4 000 000 3.4 - 2.5
30 - 48
36 0 - 7
1,3 0 - 1.7
200 - 250
West African
2 900 000 3.5 - 2.7
24 - 43
31 0 - 7
1,4 0 - 0.8
200 - 250
Dharwar
270 000
3.4 - 2.5
34 - 50
38 0 - 0.3
0,02 0.19 - 0.79 200 - 280
Yilgarn
600 000
3.7 - 2.6
30 - 46
37 0 - 3.6
0,27 0.2 - 0.5
250
Pilbara
180 000
3.6 - 2.7
29 - 39
33 0 - 0.45
0,13 0.11 - 0.57
250
Gawler
160 000
3.1 - 2.5 35 - 43
40 0 - 0.45
0,14 0.04 - 0.18
200
200
San Francisco 720 000
3.7 - 2.5 34 - 50
3.8 - 2.5
28 - 44
36 0 - 2.4
0,34 0 - 1
Amazon
1200 000 3.8 - 2.5
36 - 52
44 0-0.5
0,12 0-1
Napier
50 000
40 - 41
40
3.4 - 2.5
0
0 0.6 - 1.5
160-200
about 250
Grunehogna 90 000
3.1- 3.0
32 - 42
35 0.13 - 0.72
0,35 0.13 - 1.47 about 150
1. Возраст кратонов меняется от 3.8 до 2.5 млрд лет. Пород старше 3.8 млрд. лет не обнаружено.
2. В большинстве архейских кратонов выделяются крупные области развития двух разновозрастных групп пород
древней и молодой. Так, в кратонах Дарвар, Западно-Африканском и Йилгарн западные области оказываются
древнее, чем восточные, а в кратонах Пилбара, Каапвааль и Зимбабве такая полярность имеет противоположный
знак. Кратоны Напьер и Грюнегона являются частями Дарвар и Каапвааль кратонов соответственно и не нарушают
этой закономерности.
3. Кора кратонов сильно неоднородна на небольших площадях, что отражает длительную эволюцию коры.
4. Выделяются части древней коры с Мохо более чем 44 км (Западный Дарвар, части Каапвааль, Конго и
Амазонского кратонов) и части коры наоборот с утоненным Мохо менее 38 км (Пилбара, Западно-Африканский и др.)
Причины этого видимо лежат в длительной эволюции кратонов с архея.
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Выводы
Архейские блоки коры имеет большой разброс по свойствам и строению в силу длительной эволюции за
миллиарды лет. Однако есть некоторые закономерности.
1. Условно можно разделить кратоны на 2 группы небольшие и большие по размерам (Конго, Западноафриканский и Амазонский). Большие кратоны имеют молодые мощные осадочные бассейны.
Для небольших кратонов осадки незначительны. Есть осадочные бассейны архейского возраста (где нашли
первые следы жизни).
Возможно большие кратоны не являются единым целым, а являются аккрецией различных блоков коры
архейского возраста.
3. Большая часть кратонов состоит из 2 частей древней и молодой или имеет более сложное строение.
4. Кратоны и древняя литосфера под ними в настоящее время находятся на нисходящих мантийных потоках.
Этим обеспечивается сохранность древней холодной континентальной литосферы .
Исключение Танзанийский кратон – над Африканским плюмом и окружен континентальными рифтами.
5. Участки недеформированной ранне и средне архейской коры сохранившейся до наших дней имеют
следующие особенности – неглубокое Мохо 32-38 км и резкий скачок на границе Мохо.
Возможные причины – деламинация нижней коры в процессе эволюции.
6. Позднеархейская и деформированная кора имеет большее Мохо (до 50 км).
7. Архейская кора отличается от протерозойской своими свойствами – более тонкая, более кислый состав,
более легкая кора и резким скачком на границе Мохо. Литосфера под архейской корой деплетированная и
высокоскоростная, тогда как протерозойская литосфера имеет меньшие скорости.
8. Стандартная мощность древней континентальной литосферы под кратонами составляет 200-250 км.
Плюмы уменьшают мощность литосферы до 150 км (Танзанийский, Дарвар).
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.
Спасибо за внимание!
Четвертая молодежная тектонофизическая школа-семинар 4 – 9 октября 2015 г.