Cuneo di accrescimento - Accretionary wedge

Schema del processo geologico di subduzione

Un cuneo di accrescimento o prisma di accrescimento si forma dai sedimenti accumulati sulla placca tettonica non subduttiva in corrispondenza di un confine di placca convergente . La maggior parte del materiale nel cuneo di accrescimento è costituito da sedimenti marini raschiati dalla lastra di crosta oceanica che scende , ma in alcuni casi il cuneo include i prodotti dell'erosione degli archi insulari vulcanici formati sulla piastra sovrastante.

Un complesso di accrescimento è una corrente (in uso moderno) o ex cuneo di accrescimento. Accrezione complessi sono tipicamente costituiti da una miscela di torbiditi di materiale terrestre, basalti dal fondo dell'oceano , e pelagico e hemipelagic sedimenti . Ad esempio, la maggior parte del basamento geologico del Giappone è costituita da complessi di accrescimento.

Materiali all'interno di un cuneo di accrescimento

I cunei di accrescimento e i terreni di accrescimento non sono equivalenti alle placche tettoniche, ma piuttosto sono associati a placche tettoniche e si accrescono a causa della collisione tettonica. I materiali incorporati nei cunei di accrescimento includono:

  • Basalti del fondale oceanico - tipicamente montagne sottomarine raschiate dalla piastra subduttiva
  • Sedimenti pelagici – tipicamente immediatamente sovrastante la crosta oceanica della placca in subduzione
  • Sedimenti di trincea - tipicamente torbiditi che possono essere derivati ​​da:
  • Arco insulare oceanico e vulcanico
  • Arco vulcanico continentale e orogeno cordigliera
  • Masse continentali adiacenti situate lungo lo sciopero (come Barbados ).
  • Materiale trasportato nella trincea per gravità scorrimento e flusso detriti dalla forearc cresta (olistostroma)
  • Bacini piggy-back, che sono piccoli bacini situati in depressione superficiale sul prisma di accrescimento.
  • Il materiale esposto nella cresta dell'avambraccio può includere frammenti di crosta oceanica o rocce metamorfiche ad alta pressione spinte da profondità nella zona di subduzione.

Le regioni elevate all'interno dei bacini oceanici come catene di isole lineari, dorsali oceaniche e piccoli frammenti di crosta (come Madagascar o Giappone), note come terrane , vengono trasportate verso la zona di subduzione e accumulate al margine continentale. Sin dai periodi del tardo Devoniano e dell'inizio del Carbonifero, circa 360 milioni di anni fa, la subduzione al di sotto del margine occidentale del Nord America ha provocato diverse collisioni con i terreni, ciascuna delle quali ha prodotto un evento di costruzione di montagne . L'aggiunta frammentaria di questi terreni accresciuti ha aggiunto una larghezza media di 600 km (370 mi) lungo il margine occidentale del continente nordamericano .

Geometria

L'espressione topografica del cuneo di accrescimento forma un labbro, che può arginare bacini di materiali accumulati che, altrimenti, verrebbero trasportati in trincea dalla piastra sovrastante. I cunei di accrescimento sono la casa del mélange , pacchetti di rocce intensamente deformati che mancano di una stratificazione interna coerente e di un ordine interno coerente.

La struttura interna di un cuneo di accrescimento è simile a quella che si trova in una cintura di spinta di avampiede dalla pelle sottile . Si formano una serie di spinte tendenti alla trincea con le strutture esterne più giovani che elevano progressivamente le spinte più interne più vecchie.

La forma del cuneo è determinata dalla facilità con cui il cuneo si rompe lungo il suo scollo basale e al suo interno; questo è altamente sensibile alla pressione del fluido interstiziale . Questo cedimento si tradurrà in un cuneo maturo che ha una forma di sezione trasversale triangolare di equilibrio di una conicità critica . Una volta che il cuneo raggiunge una conicità critica, manterrà quella geometria e crescerà solo in un triangolo simile più grande .

Impatti dei cunei di accrescimento

Cuneo di accrescimento ( glossario visivo USGS )

Si dice che le piccole sezioni di crosta oceanica che sono spinte sopra la placca sovrastante siano obdotte. Laddove ciò si verifica, sulla terraferma vengono conservate rare fette di crosta oceanica, note come ofioliti . Forniscono un prezioso laboratorio naturale per studiare la composizione e il carattere della crosta oceanica e i meccanismi della loro collocazione e conservazione a terra. Un classico esempio è l' ofiolite della catena costiera della California, che è uno dei più vasti terreni di ofiolite del Nord America. Questa crosta oceanica probabilmente si è formata durante il Giurassico medio , circa 170 milioni di anni fa, in un regime estensionale all'interno di un bacino di retroarco o di avambraccio. Successivamente è stato accresciuto al margine continentale di Laurasia.

La rastremazione sedimentaria longitudinale dei sedimenti pre-orogenici è fortemente correlata con la curvatura della cintura di accrescimento frontale sottomarina nel margine del Mar Cinese Meridionale , suggerendo che lo spessore del sedimento pre-orogenico è il principale controllo sulla geometria delle strutture frontali. Il pendio preesistente del Mar Cinese Meridionale che giace obliquamente davanti al cuneo di accrescimento in avanzamento ha impedito l'avanzamento delle pieghe frontali risultando in una successiva terminazione delle pieghe contro e lungo l' impatto del pendio del Mar Cinese Meridionale. L'esistenza del pendio del Mar Cinese Meridionale porta anche l'impatto delle pieghe con tendenza NNW a virare più bruscamente verso un pendio NE, parallelo all'impatto del pendio del Mar Cinese Meridionale. L'analisi mostra che le eterogeneità meccaniche/crostali preorogeniche e la morfologia del fondale marino esercitano forti controlli sullo sviluppo della cintura di spinta nella zona di collisione arco-continente incipiente di Taiwan .

Nei cunei di accrescimento, la sismicità che attiva le spinte sovrapposte può guidare il sollevamento di metano e petrolio dalla crosta superiore.

I modelli meccanici che trattano i complessi di accrescimento come cunei di sedimento affusolati in modo critico dimostrano che la pressione dei pori controlla il loro angolo di conicità modificando la resistenza al taglio basale e interna. I risultati di alcuni studi mostrano che la pressione interstiziale nei cunei di accrescimento può essere vista come una risposta dinamicamente mantenuta ai fattori che determinano la pressione interstiziale (termini sorgente) e quelli che limitano il flusso (permeabilità e lunghezza del percorso di drenaggio). La permeabilità del sedimento e lo spessore del sedimento in ingresso sono i fattori più importanti, mentre la permeabilità della faglia e la ripartizione dei sedimenti hanno un effetto limitato. In uno di questi studi, è stato riscontrato che all'aumentare della permeabilità dei sedimenti, la pressione dei pori diminuisce da valori quasi litostatici a valori idrostatici e consente di aumentare gli angoli di conicità stabili da 2,5° a 8°-12,5°. Con l'aumento dello spessore del sedimento (da 100-8.000 m (330-26.250 piedi)), l'aumento della pressione interstiziale determina una diminuzione dell'angolo di conicità stabile da 8,4°-12,5° a <2,5-5°. In generale, il sedimento in ingresso a bassa permeabilità e spesso sostiene pressioni interstiziali elevate coerenti con la geometria poco rastremata, mentre l'elevata permeabilità e il sedimento in ingresso sottile dovrebbero tradursi in una geometria ripida. I margini attivi caratterizzati da una proporzione significativa di sedimenti a grana fine all'interno della sezione in entrata, come le Antille settentrionali e Nankai orientale , mostrano angoli conici sottili, mentre quelli caratterizzati da una maggiore proporzione di torbiditi sabbiose, come Cascadia , Cile e Messico , hanno angoli di rastremazione ripidi. Le osservazioni dai margini attivi indicano anche una forte tendenza alla diminuzione dell'angolo di rastremazione (da >15° a <4°) all'aumentare dello spessore del sedimento (da <1 a 7 km).

È probabile che il rapido caricamento tettonico del sedimento umido nei cunei di accrescimento provochi un aumento della pressione del fluido fino a quando non è sufficiente a causare una frattura dilatante. La disidratazione del sedimento che è stato sottospinto e accumulato sotto il cuneo può produrre una grande fornitura costante di tale fluido ad alta sovrapressione. La frattura dilatativa creerà vie di fuga, quindi è probabile che la pressione del fluido venga tamponata al valore richiesto per la transizione tra taglio e frattura di trazione obliqua (dilatante), che è leggermente superiore alla pressione di carico se la compressione massima è quasi orizzontale. Questo a sua volta tampona la forza del cuneo alla forza coesiva, che non dipende dalla pressione, e non varierà molto durante il cuneo. Vicino al fronte del cuneo è probabile che la forza sia quella della coesione sulle faglie esistenti nel cuneo. Anche la resistenza a taglio alla base del cuneo sarà abbastanza costante e correlata alla forza coesiva dello strato di sedimento debole che funge da distacco basale. Queste ipotesi consentono l'applicazione di un semplice modello continuo plastico, che predice con successo la conicità leggermente convessa osservata dei cunei di accrescimento.

Pelayo e Weins hanno ipotizzato che alcuni eventi di tsunami siano il risultato della rottura attraverso la roccia sedimentaria lungo il scollamento basale di un cuneo di accrescimento.

La spinta all'indietro della parte posteriore del cuneo di accrescimento, verso l'arco sulle rocce del bacino dell'avambraccio, è un aspetto comune della tettonica di accrescimento. Un'ipotesi più vecchia secondo cui gli arresti d' inversione dei cunei di accrescimento scendono all'indietro verso l'arco e che il materiale accumulato è posizionato al di sotto di tali arresti d'inversione, è contraddetta dalle osservazioni di molti avambracci attivi che indicano che (1) la spinta all'indietro è comune, (2) i bacini dell'avambraccio sono associati quasi onnipresenti di cunei di accrescimento, e (3) il basamento dell'avampiede, dove viene ripreso, sembra divergere dal pacchetto sedimentario, immergendosi sotto il cuneo mentre i sedimenti sovrastanti vengono spesso sollevati contro di esso. La spinta all'indietro può essere favorita dove il rilievo è elevato tra la cresta del cuneo e la superficie del bacino dell'avambraccio perché il rilievo deve essere supportato dallo sforzo di taglio lungo la spinta all'indietro.

Esempi

Cunei attualmente attivi

Antichi cunei riesumati

  • Costa cilena Gamma tra 38°S e 43°S ( Complesso Metamorfico Bahía Mansa ).
  • Calabrese accrezione Wedge nel Mediterraneo centrale - Le neogenici tettonica centrale Mediterraneo sono legati alla subduzione e trincea ripristino del bacino ionico sotto Eurasia, provocando l'apertura della Liguro-provenzale e tirreniche bacini di retro-arco e la formazione del Calabrese cuneo di accrescimento. Il Cuneo di accrescimento calabrese è un complesso di accrescimento parzialmente sommerso situato nell'offshore ionico e delimitato lateralmente dalle scarpate Puglia e Malta.
  • Le montagne olimpiche situate nello stato di Washington. Le montagne iniziarono a formarsi circa 35 milioni di anni fa quando la placca Juan de Fuca entrò in collisione e fu costretta (subdotta) sotto la placca nordamericana .
  • Ripiano di Kodiak nel Golfo dell'Alaska – La geologia della foresta nazionale di Chugach è dominata da due grandi unità litologiche, il Gruppo Valdez (tardo Cretaceo) e il Gruppo Orca (Paleocene ed Eocene). Il gruppo di Valdez fa parte di una cintura di 2.200 km di lunghezza per 100 km di larghezza di rocce complesse di accrescimento mesozoico chiamate terrane di Chugach. Questo terrane si estende lungo il margine costiera dell'Alaska da Baranof Island nel sud-est dell'Alaska a Sanak nel sud-ovest dell'Alaska . L'Orca Group fa parte di un complesso di accrescimento di età paleogene chiamato Prince William terrane che si estende attraverso il Prince William Sound verso ovest attraverso l' area dell'isola di Kodiak , sottostante gran parte della piattaforma continentale a ovest
  • Cuneo di accrescimento di Neogene al largo della penisola di Kenai , Alaska - L'accrescimento di subduzione e la ripetuta collisione del terreno hanno modellato il margine convergente dell'Alaska. Lo Yakutat Terrane è attualmente in collisione con il margine continentale al di sotto del Golfo centrale dell'Alaska . Durante il Neogene la parte occidentale del terreno è stata subdotta, dopo di che un cuneo di sedimenti si è accumulato lungo la Fossa delle Aleutine nord-est . Questo cuneo incorpora sedimenti erosi dal margine continentale e sedimenti marini trasportati nella zona di subduzione sulla placca del Pacifico.
  • La formazione francescana della California - Le rocce francescane nella Bay Area hanno un'età compresa tra circa 200 milioni e 80 milioni di anni. Il Complesso Francescano è composto da un complesso amalgama di blocchi semicoerenti, detti terrani tettonostratigrafici, che sono stati episodicamente raschiati dalla placca oceanica in subduzione, spinti verso est e addossati al margine occidentale del Nord America. Questo processo ha formato una sequenza di accatastamento in cui le rocce strutturalmente più alte (a est) sono le più antiche e in cui ogni cuneo di spinta maggiore a ovest diventa più giovane. All'interno di ciascuno dei blocchi terrane, tuttavia, le rocce diventano sezioni più giovani, ma la sequenza può essere ripetuta più volte da faglie di spinta.
  • Gli Appennini in Italia sono in gran parte un cuneo di accrescimento formatosi in conseguenza della subduzione. Questa regione è tettonica e geologicamente complessa, coinvolgendo sia la subduzione della microplacca di Adria al di sotto degli Appennini da est a ovest, la collisione continentale tra le placche eurasiatiche e africane che costruiscono la catena montuosa alpina più a nord e l'apertura del bacino tirrenico a l'ovest.
  • La cintura di flysch dei Carpazi in Boemia , Slovacchia , Polonia , Ucraina e Romania rappresenta dal Cretaceo al Neogene la zona a pelle sottile della cintura di spinta dei Carpazi, che è spinta sul massiccio della Boemia e sulla piattaforma dell'Europa orientale . Rappresenta una continuazione del Flysch Renodanubiano Alpino dell'Unità Penninica .

Guarda anche

Riferimenti

link esterno