CC BY
10
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕОСФЕР
УДК 551.24.02:551.242.23(267.32)
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА ГЕОМЕТРИЮ РИФТОВОЙ ТРЕЩИНЫ ПРИ РАСКРЫТИИ АДЕНСКОГО ЗАЛИВА (ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ)
А.Л. Грохольский, Е.П. Дубинин, Е.Л. Щербакова1
Изменение кинематики плит и ускорение движения Аравийской плиты относительно Африканской, а также деятельность Афарского плюма создали благоприятные условия для рифтогенеза и образования спредингового хребта и бассейна Аденского залива. Существенный вклад в геометрию рифтовой трещины внесло гетерогенное строение континентальной литосферы с мезозойскими грабенами. Эти грабены представляли собой структурные барьеры с более прочной литосферой на пути продвижения развивающейся в постэоценовое время новой рифтовой трещины, приведшей в дальнейшем к образованию современного бассейна Аденского залива. В работе на основании физического моделирования рассмотрено влияние таких унаследованных структур на продвижение и геометрию рифтовой трещины на ранних стадиях её развития при переходе от континентального рифтинга к океаническому спредингу. Эксперименты показали, что в случае «резкой» границы между блоками разной толщины вероятнее всего возникнет сдвиговая зона. Эта ситуация применима, например, к трансформному разлому (ТР) Алула-Фартак. Однако в случае менее «резкой» границы часто формируются структуры перекрытия, представляющие собой микроплиты, или микроблоки, заключённые между двумярифтовыми трещинами, одна из которых в дальнейшем отмирает, а другая развивается в спрединговый хребет. Аналогом такого микроблока, возможно, является погружённое плато и остров Сокотра.
Ключевые слова: Аденский залив, рифтогенез, структурные барьеры, физическое моделирование.
1 Грохольский Андрей Львович - к.г.н., вед. науч. сотр. Музея землеведения МГУ, andregro@mail.ru; Дубинин Евгений Павлович - д.г.-м.н., зав. сектором Музея землеведения МГУ, edubinin08@rumbler.ru; Щербакова Екатерина Львовна - katyfritter@gmail.com.
124 Жизнь Земли 41(2) 2019 124-137
INFLUENCE OF STRUCTURAL INHOMOGENEITIES ON THE GEOMETRY OF THE RIFT UNDER THE OPENING OF THE GULF OF ADEN (PHYSICAL MODELLING)
Grokholsky A.L., PhD, Dubinin E.P., Dr. Sci (GeoI.), Shcherbakova E.L.
Lomonosov Moscow State University (Earth Science Museum)
According to the article, the change in plate kinematics and the acceleration of the movement of the Arabian plate relative to the African one as well as the activities of the Afar plume created favorable conditions for rifting and the formation of a spreading ridge and the basin of the Gulf of Aden. The heterogeneous structure of the continental lithosphere characterized by Mesozoic grabens made a significant contribution to the geometry of the rift. The grabens were structural barriers with a stronger lithosphere on the way to the advancement of a new rift developing in the post-Eocene time, which later led to the formation of the modern basin of the Gulf of Aden. Using physical modelling, the authors investigated the influence of such inherited structures on the propagation and geometry of the rift at the early stages of its development during the transition from continental rifting to oceanic spreading. The experiments showed that in the case of a sharp boundary between blocks of different thickness a shear zone is likely to occur. Such a case is illustrated, for example, by the Alula-Fartak fracture zone. However, in the case of a less sharp boundary overlapping structures are often formed. Such structures occur as microplates or microblocks enclosed between two rift cracks, one of which subsequently dies off and the other develops into a spreading ridge. An example of such a microblock may probably be the submerged plateau and the island of Sokotra.
Keywords: Gulf of Aden, rifting, structural barriers, physical modelling.
Введение. Современный Аденский залив протягивается субширотно от 42°37' в. д. до 51°16' в. д. Длина залива 890 км, ширина - до 300 км в восточной части (рис. 1 а). На западе залив ограничен побережьем Африканского континента, куда он вдаётся заливом Таджура. Восточной границей считается крайняя восточная точка Африки - мыс Гвардафуй. Залив имеет все морфологические провинции, присущие океанам: континентальные окраины (пассивные), океанические котловины и срединный хребет с выраженной рифтовой долиной и поперечными смещениями трансформного типа.
Центральную зону бассейна Аденского залива занимает спрединговый хребет, протягивающийся на расстояние ~1500 км с генеральным простиранием С75В (рис. 1 а). Он характеризуется ультрамедленными значениями скоростей спрединга, которые увеличиваются с запада на восток от 1,3 см/год до 1,8 см/год, достигая вблизи ТР Оуэн значений 2,4 см/год [4]. Рифт Аденского залива простирается под острым углом к направлению растяжения (в среднем 40-50°), то есть спрединг в данном регионе косой (рис. 1 в). Благодаря этому рифтовая зона Аденского залива отличается высокой степенью сегментации и большим количеством ТР.
Спрединговый хребет характеризуется сильно расчленённым рельефом. Центральная часть хребта осложнена рифтовой долиной глубиной в 1,5-2 км, заканчивающейся на западе в заливе Таджура, где она смыкается с континентальными рифтами треугольника Афар (рис. 1). На востоке рифтовая зона Аденского залива соединяется с рифтовой зоной спрединговых хребтов Индийского океана посредством спрединго-вого хребта Шеба, ограниченного трансформными разломами Алула-Фартак и Оуэн. Часто следы ТР находят своё продолжение на обоих берегах Аденского залива, и особенно отчётливо выражены на побережье Йемена.
Рис. 1. Структурные схемы Аденского залива [5]: (а) - рельеф дна и современная геометрия спредингового хребта Аденского залива (8вБ2 - разломная зона Шукра-аль-Шейк, КЛБ2 -разломная зона Ханшир аль Ирках, ЛББ2 - разломная зона Алула-Фартак, 8Б2 - разломная зона Сокотра, ОБ2 -разломная зона Оуэн); (б) - реконструкция на 20 млн лет назад (доспрединговая конфигурация и структурные нарушения дораскольной континентальной коры - мезозойские грабены); (в) - направления основных разрывов; (г) - реконструкция восточной провинции Аденского залива на время начала раскрытия [17]. ЛвБ - бассейн Ашавк-Салалх, НВ - бассейн Хасик. Условные обозначения: 1 -ось спрединга, 2 - трансформные разломы, 3 - граница «континент-океан», 4 - нормальные сбросы, 5 - прочие разломы, 6 - мезозойские грабены, частично реактивизированные в эоцене.
Важным фактором, существенно повлиявшим на геодинамику и тектоническое развитие бассейна Аденского залива, явилась активизация Афарского плюма и связанная с ним магматическая деятельность. Начало деятельности Афарского плюма относят к 45 млн лет назад, хотя временем его активизации считается рубеж около 30 млн лет назад сразу после начала рифтинга в Аденском заливе 34 млн лет назад.
Аденский залив сформировался в результате раскола единого Африкано-Аравий-ского блока и развития глобальной Восточно-Африканской - Красноморско-Аден-ской рифтовой системы [3]. На обоих бортах Аденского залива обнажаются метаморфические породы докембрийского фундамента, несогласно перекрытые юрскими, меловыми, палеоценовыми и эоценовыми отложениями. Со стороны континентов к нему также примыкает серия сопряжённых структурных неоднородностей северо-западного простирания, в виде бассейнов и грабенов Джиза-Камар - Гвардафуй, Масила, Даррор, Мариб-Балхав - Бербера-Ногад, Ашавк-Салалах и др., сформированных в результате мезозойского рифтинга и реактивизированных в олигоцене [13] (см. рис. 1). До момента кайнозойского раскола литосферы эти грабены составляли единый риф-тогенный бассейн и представляли собой структурные неоднородности с более прочной литосферой на пути развивающегося кайнозойского рифта (см. рис. 1 б) [4, 6].
Эти структурные неоднородности, по всей видимости, оказали существенное влияние на геометрию рифтовой трещины. Грабены представляли собой структурные барьеры с более прочной литосферой на пути продвижения развивающейся в постэо-ценовое время новой рифтовой трещины, приведшей в дальнейшем к образованию современного бассейна Аденского залива. Целью работы является выявление на основании физического моделирования влияния таких унаследованных структур на продвижение и геометрию рифтовой трещины на ранних стадиях её развития при переходе от континентального рифтинга к океаническому спредингу.
Тектоническое строение бассейна Аденского залива. Анализ рельефа дна и аномальных геофизических полей показывает, что в пределах Аденского залива выделяются три провинции (сегмента) - восточная, центральная и западная, которые имеют различное строение, эволюцию и морфоструктурную сегментацию рифтовой зоны (см. рис. 1 а). Эти провинции разделены крупными ТР Шукра-Аль-Шейх и Алула-Фар-так [3, 5, 13]. Рифтовая зона в западной провинции не нарушена ТР. Здесь распространены нетрансформные смещения. Отсутствие трансформной сегментации связывается с влиянием Афарской горячей точки и более пластичной литосферой.
Центральная провинция ограничена ТР Шукра-аль-Шейх на западе и ТР Алу-ла-Фартак на востоке. Следы ТР довольно чётко отражаются в рельефе и в аномальных полях и часто находят своё продолжение на сопряжённых окраинах Аденского залива. Наиболее крупный ТР Алула-Фартак смещает ось спрединга на 180 км. Морфологически он представляет собой У-образную трансформную долину с относительной глубиной до 3000 м и абсолютной - до 5000 м. Видимо, важную роль в образовании ТР играли наследуемые грабены мезозойского возраста на дораскольной континентальной коре [3].
Восточная провинция располагается между ТР Алула-Фартак и восточной оконечностью острова Сокотра. В пределах восточной провинции следует подчеркнуть важную геодинамическую роль хребта Шеба в «соединении» рифтовой зоны Аденского залива с рифтовой зоной спредингового хребта Карлсберг в Индийском океане.
Важным тектоническим элементом восточной провинции также являются погружённое плато и архипелаг Сокотра, которые отделяются от Сомалийской плиты бассейном Гвардафуй (см. рис. 1).
С началом рифтинга были реактивированы образованные ранее мезозойские структуры. Наиболее ярко это проявилось в грабене Гвардафуй, который отсекает цоколь самого западного в архипелаге о-ва Абд-эль-Кури от шельфа современной восточной оконечности Африканского рога (м. Гвардафуй, Сомали) [15]. Ширина грабена составляет около 50 км по днищу и около 80 км по бровкам. Углубление данного ще-левидного асимметричного грабена, дно которого наклонено на ССВ, а глубина относительно бровок бортов превышает 1500 м, способствовало окончательной изоляции архипелага Сокотра от Африканского материка [3].
Основные этапы эволюции бассейна Аденского залива. Информация, по которой можно расшифровать эволюцию бассейна Аденского залива, в основном представлена линейными магнитными аномалиями, а также породами, формировавшимися в пределах дораскольной континентальной коры. В истории развития бассейна современного Аденского залива можно выделить пять этапов: 1) дорифтинговое развитие, 2) мезозойский континентальный рифтинг, 3) континентальный рифтинг в олигоцен-миоцене, 4) начало океанического спрединга в миоцене, 5) продвижение рифта в западном направлении в залив Таджура к тройному соединению Афар. Как было отмечено выше, континентальная кора в данном регионе сформировалась в докембрийское время, а в течение всего палеозоя была подвержена выветриванию и эрозии [4]. Первая фаза рифтинга засвидетельствована в мезозое. Сформировались грабены, имеющие в среднем северо-западное простирание. Синрифтовые отложения в этих грабенах имеют возраст от поздней юры до раннего мела. Наиболее полно представлены отложения в бассейне Бербера, который был сопряжён с бассейном Балхаф в доолигоценовой конфигурации плит. Вторая фаза рифтинга, приведшая к образованию бассейна Аденского залива, состоялась в олигоцене-миоцене. Синрифтовые отложения располагаются вдоль континентальных окраин, в бассейнах Балхаф, Камар и других. Рифтовые отложения, найденные в Йемене, имеют возраст 35-28,4 млн лет [4, 6, 7, 13, 14]. В западной провинции Аденского региона не обнаружено отложений, которые свидетельствовали бы о растяжении до 31 млн лет, т. е. до начала плюмового вулканизма в Афаре. Континентальный рифтинг на территории Аденского залива, вероятно, был локализован позицией хребта Карлсберг в Индийском океане.
Граница между синрифтовыми и пострифтовыми отложениями определяется как 21,1-17,4 млн лет назад (см. рис. 1 б). Это время может считаться переходом от континентального рифтинга к спредингу [3]. В это время центр спрединга Аденского залива через хребет Шеба соединился с мировой системой СОХ в Индийском океане. Рифтинг Аденского залива реактивировал многие мезозойские рифтовые грабены, которые могли контролировать геометрию рифтовой трещины и последующих трансформных разломов [4].
Расшифровка линейных магнитных аномалий позволила построить довольно точную карту возраста коры Аденского залива и на её основе модель эволюции океанического бассейна. Так, в Аденском заливе выделяются три основных стадии пропа-гейтинга спредингового хребта [9, 11] (рис. 2).
Первая стадия (около 20 млн лет назад) выражается в формировании участка хребта длиной 200 км. Этот самый восточный сегмент заложился на древней океанической коре позднеюрского-раннемелового возраста. Вслед за ним, перед аномалией 5Б (17,5 млн лет), развился сегмент длиной 500 км. Он протянулся далее на запад вплоть до нынешнего трансформного разлома Алула-Фартак. Продвижение рифта к западу приостановилось приблизительно на 1 млн лет на этом этапе и возобновилось незадолго 128
до аномалии 5С (16 млн лет назад) (рис. 2 в). Это привело к формированию третьего сегмента хребта в западной части Аденского залива от ТР Алула-Фартак до 45° в. д. (рис. 2 г). На этом участке рифто-вая трещина продвигалась очень быстро (>45 см/год), пересекая существующие в дораскольной афро-аравийской литосфере мезозойские горсты и грабены, имеющие ЗСЗ-ВЮВ простирание. Таким образом, пропагейтинг спредингового хребта на расстояние более 1400 км случился за крайне короткий срок, не превышающий 4 млн лет, со средней скоростью 35 см/год [9].
Следует отметить два важных фактора, наложивших свой отпечаток на особенности структуро-образования в Аденском заливе. Первый - это влияние Афарского плюма, которое предопределило сильную косость рифта относительно направления растяжения и значительную прогретость литосферы,
Рис. 2. Реконструкция раскрытия Аденского залива, иллюстрирующая разные стадии эволюции и продвижения рифтовой трещины к западу в сторону Афарского плюма [по 10]: (а) - начало спрединга и формирование самой древней океанической коры в Аденском заливе (хрона 6, 19,7 млн лет назад); (б) - 17,5 млн лет назад (хрона 5С) развитие спрединга на древней океанической коре между ТР Оуэн и континентальной окраиной Афро-Аравии;
(в) - распространение спрединга в восточной провинции Аденского залива и временная его остановка у мезозойского грабена Джиза-Кумар - Гвардафуй;
(г) - быстрое продвижение рифтовой трещины в сторону афарского плюма (хрона 5, 11 млн лет назад) и формирование океанической коры на всём протяжении Аденского залива; (д) - современное положение спредингового хребта.
60"в.д
129
особенно в западной и центральной провинциях залива. В области, расположенной восточнее ТР Алула-Фартак, была обнаружена серия подводных вулканических гор [6, 7].
Второй фактор, представляющий в рамках настоящей статьи наибольший интерес, связан с тем, что рифтовая трещина, продвигающаяся с востока на запад, не смогла сразу преодолеть структурный барьер с более прочной литосферой бассейна Джиза-Кумар и проторазлома Алула-Фартак. Это могло привести к остановке миграции подосевого астеносферного потока и формированию в этой области локальных очагов плавления по механизму «дамбового» эффекта. Анализ аномального гравитационного поля показал наличие отрицательной остаточной аномалии Буге восточнее ТР Алула-Фартак и южнее оси хребта. Эта аномалия интерпретируется как индикатор зоны частичного плавления, которая рассматривается как источник дополнительной магмогенерации для региона вследствие усиления активности Афарского плюма [13]. Кроме того, данные сейсмической томографии позволили установить область пониженных сейсмических волн под бассейнами Джиза-Камар (Йемен) и Ашафк-Салалах (Оман) вблизи аравийской окраины в окрестности разломной зоны Алула-Фартак, свидетельствующей о том, что магматизм здесь мог быть вызван мелкомасштабной конвекцией на контакте блоков литосферы с разной мощностью [12].
Континентальная кора более гетерогенна и анизотропна, чем океаническая, а это значит, что характер пропагейтинга и сегментации рифтовой трещины зависит от её взаимодействия с различными структурно-вещественными неоднородностями, встречающимися на её пути. В этом случае возможно несколько вариантов развития трещины. Если неоднородность менее прочная, чем окружающая кора, то рифтовая трещина, приближающаяся к ней, пройдет её беспрепятственно с небольшими смещениями. Если же неоднородность более прочная, то трещина может обогнуть её или пытаться разрушить. В результате может происходить смещение рифтовой оси по сдвиговым разломам трансформного типа, или перескок рифтовой оси с образованием микроконтинентальных блоков. Однако литосфера структурной неоднородности может оказаться настолько прочной, что продвижение рифтовой трещины может быть значительно замедлено или даже остановлено.
При континентальном рифтогенезе происходит утонение коры и литосферы, приводящее к подъёму кровли астеносферы и разогреву литосферы в зоне шириной десятки - первые сотни километров. Разогрев и разуплотнение вещества делают литосферу, охваченную рифтогенезом, менее прочной. Но если геодинамическая обстановка меняется и растяжение прекращается, то литосфера начинает постепенно остывать. Изотерма, маркирующая подошву литосферы, опускается, а мантийное вещество, заместившее объём утонённой коры, остывает и уплотняется. В результате формируется более прочная литосфера в палеорифтах, чем была до рифтогенеза. В восточной провинции, по мнению многих исследователей [3, 6], благодаря гетерогенности литосферы и, прежде всего, наличию мезозойских грабенов с более прочной литосферой сформировались крупные ТР (например, Алула-Фартак) и, возможно, континентальный блок острова Сокотра с погружённым одноименным плато.
Существенное влияние на эффективную прочность литосферы континентальных окраин будут оказывать геодинамические условия, в которых происходит переход от континентального рифтинга к океаническому спредингу (вулканические, или невулканические условия, влияние горячей точки или гиперрастяжение континентальной коры, сопровождаемое подъёмом серпентинизированной мантии). Если континентальная литосфера очень прочная за счёт мощности подлитосферной мантии, то рас-130
колоть её будет трудно. Для региона Аденского залива такими структурными барьерами могли быть переходная зона от континента к Индийскому океану, мезозойские рифты. Мезозойский грабен Джиза-Камар-Гвардафуй, который и стал структурным препятствием на пути рифтовой трещины, скорее всего, имеет прочность выше, чем окружающая литосфера из-за более тонкой рифтогенной континентальной коры. Ряд исследователей [6] считает, что ТР Алула-Фартак образовался в результате обособленного развития двух рифтовых трещин, расположенных западнее и восточнее будущего ТР. Наличие встречной трещины западнее грабена может упростить ситуацию и позволить расколоть прочный блок, формируя сдвиговую структуру. Более того, континентальный блок плато и острова Сокотра, возможно, мог сформироваться как результат перекрытия встречных рифтовых трещин. Северная ветвь в итоге стала приоритетной и дала начало формированию спредингового хребта Шеба, а в южной не произошло перехода от рифтинга к спредингу и она перешла в пассивную стадию авлокагена. В процессе последующего остывания этот регион опустился ниже уровня моря, формируя погружённое плато и о. Сокотра, который оказался отделённым от континента грабеном Гвардафуй.
При рассмотрении влияния гетерогенности континентальной литосферы на струк-турообразование в Аденском заливе встаёт ряд вопросов: (1) каково влияние унаследованных структур (мезозойских грабенов) на продвижение рифтовой трещины; (2) возможно ли образование сдвиговых границ, секущих более прочные блоки (ТР Алу-ла-Фартак в бассейне Джиза-Камар-Гвардафуй), и (3) возможно ли образование микроблоков (погружённое плато и о. Сокотра), формирование которых может быть связано с прохождением рифтовой трещины через «структурно-реологический барьер».
Частично ответ на эти вопросы можно получить с помощью физического моделирования.
Физическое моделирование взаимодействия рифтовой трещины со структурными неоднородностями в гетерогенной континентальной литосфере.
Методика моделирования. Установка для моделирования представляет собой прямоугольную текстолитовую ванну размером 40x30x8 см, в верхней части которой имеются пазы, по которым движется рамка с поршнем. Движение поршня задаёт растяжение, сдвиг или сжатие, реализуемое в модельном веществе, заполняющем весь объём установки. Электромеханический привод позволяет варьировать скорости деформации модельной плиты. Модельное вещество представляет собой смесь твёрдых (парафиновый ряд) и жидких (минеральные масла) углеводородов, чьи физические характеристики удовлетворяют критерию подобия, лежащему в основе метода [10, 16]. Равномерное и контролируемое температурное поле модельного вещества обеспечивают обогреватели, расположенные внутри установки. При подготовке эксперимента вещество нагревается в установке до определённой температуры (=43°С), при условии поддержания фиксированного температурного режима в лаборатории (22,5-25,5°С). Затем начинается процесс охлаждения равномерно расплавленного модельного вещества, в результате чего на его поверхности образуется корка (модельная литосфера), которая приваривается к поршню и противоположной стенке ванны. После того как модельная плита достигает необходимой для данного эксперимента толщины (H), начинается её горизонтальное растяжение. При необходимости имитации рифтовой зоны в виде линейного ослабления, или более прочной зоны, часть модельной плиты в нужном месте вырезалась и убиралась. При дальнейшем охлаждении литосфера в этой области модели была утонена или утолщена за
счёт меньшего или большего времени охлаждения, соответственно. Изменение длительности охлаждения при подготовке модельной плиты обеспечивает различное соотношение толщин её хрупкого и пластичного слоёв [10].
В проведённых экспериментах подобие модели и оригинала определялось критерием:
Ts / pgH = const,
где Ts - предел текучести на сдвиг, р - плотность слоя, H - толщина слоя, g - ускорение свободного падения [16]. При соблюдении этого условия подобия и учитывая реальные возможности лабораторных экспериментов, требуется применение для моделирования литосферы очень малопрочных материалов, так как уменьшение масштаба процесса в модели приводит к уменьшению прочности используемых материалов [16].
Используемая методика позволяет создавать двухслойную модель литосферы, состоящую из верхнего хрупкого и нижнего пластичного слоев, которые в вещественном составе являются идентичными друг другу. Модельная литосфера в структурном отношении является однородным слоем. Метод позволяет варьировать значения толщины верхнего хрупкого слоя модели и создавать участки, имитирующие утонённую (ослабленную) или утолщённую более прочную литосферу.
Описание экспериментов и результаты моделирования. В настоящей работе экспериментальные исследования были направлены на изучение влияния структурных неоднородностей, представляющих собой мезозойские грабены в дораскольной литосфере на геометрию продвигающейся рифтовой трещины.
Были выполнены серии экспериментов, реконструирующие геотектонические процессы, связанные с взаимодействием развивающихся рифтовых трещин со структурными неоднородностями в пределах гетерогенной дораскольной литосферы. В моделях создавался поверхностный мощный слой толщиной H1, деформируемый при растяжении, который соответствовал в природе протерозойской литосфере Африка-но-Аравийского континента. В пределах этого слоя для имитации рифтовой трещины задавался вертикальный разрез или ослабленная зона конечной ширины в виде утонённой модельной литосферы в области рифта. В модели ослабленная зона соотносилась с дораскольной континентальной литосферой, утонённой в процессе стадии рифтогенеза.
Взаимодействие трещины с прочным прямоугольным блоком или серией блоков. В данном районе, особенно в центральной провинции, структурные неоднородности на дораскольной литосфере формируют, главным образом, мезозойские грабены, имеющие северо-западное простирание (см. рис. 1). При моделировании важен выбор геометрии блоков, имитирующих структурные неоднородности и их реологические свойства. В экспериментах неоднородности задавались различными способами: в виде разрезов, ортогональных продвижению рифтовой трещины, и в виде блоков с более прочной (толстой) модельной литосферой. Мезозойские грабены представляют собой области с более тонкой растянутой корой и более прочной, по сравнению с окружающей, литосферой.
При подготовке экспериментов упрочнение блоков достигалось двумя способами: прокапыванием модельной литосферы водой, что приводило к её дополнительному охлаждению и увеличению толщины; созданием более прочных блоков модельной литосферы механическим путём, включающим различное время охлаждения участков модельной плиты. Подобная методика увеличения прочности литосферы описана в работе [8]. 132
Начальные рифтовые трещины имитировались двумя разрезами в верхней и нижней части модельной плиты. Они располагались под углом или нормально относительно направления растяжения в модельной континентальной литосфере.
В эксперименте № 1494 в качестве структурного барьера выступал один прочный блок шириной 10 см и длиной 4 см. Он располагался в центре плиты шириной 22 см. Блок равноудалён от разрезов на расстояние 3 см. Оба разреза нормальны к направлению растяжения и смещены друг относительно друг друга. Верхний разрез был длиной 5 см, а нижний доходил до края плиты (рис. 3 а). При растяжении, в направлении прочного блока, начала продвигаться трещина из нижнего, более длинного разреза. Затем из верхнего, короткого разреза пошла трещина в сторону блока и в противоположную сторону свободной боковой границы модельной плиты. Приблизившись к прочному блоку, трещины остановились. После этого образовалась трещина справа от прочного блока (рис. 3 б). Она распространялась в обе стороны. В это же время нижняя трещина пыталась продвигаться вдоль прочного блока в направлении растяжения к трещине справа от прочного блока (рис. 3 в, г). Но они не соединились, т. к. правая трещина успела пройти плиту насквозь в обе стороны (рис. 3 г).
Рис. 3. Эксперимент 1494. Взаимодействие продвигающихся трещин с прочным блоком: (а) - (г) - стадии эксперимента, внизу их дешифрирование. Сплошные линии - ось спрединга. Прочный блок на фото оконтурен белыми точками и показан светло-серым цветом, модельная плита серым, вновь образованная модельная литосфера тёмно-серым, соответственно. Н1= 4 • 10-3 м; У=1,87 • 10-5 м/с-1.
Эксперименты показали, что при встрече с более прочным блоком трещина склонна к перескоку и огибанию прочного блока. При этом трещины, столкнувшись с прочным блоком, зачастую стремятся к новообразованной трещине, чтобы, соединившись с ней, образовать сдвиг. В других экспериментах при уменьшении размера прочного блока трещина переставала перескакивать в область его боковой границы, а просто огибала блок.
Взаимодействие трещины с прочными блоками сложной формы. В эксперименте № 1561 первоначальная геометрия была следующей. Прочный блок сложной формы, сходной с формой мезойзойского грабена, располагался по всей ширине модельной плиты (рис. 4) размером 26x15 см. Разрез длиной 9 см от нижнего края плиты располагался нормально к направлению растяжения. После начала растяжения трещина вышла из разреза и, приблизившись к прочному блоку, остановилась (рис. 4 а). Затем она вошла в блок и в это же время образовалась трещина в верхней части модельной плиты. Эта трещина также приблизилась к блоку и внедрилась в него, перекрывшись с нижней трещиной (рис. 4 б). Обе трещины медленно продвигались и, выйдя за пределы блока, сформировали перекрытие сложной формы. Затем они соединились в верхней части перекрытия (рис. 4 в). В это время скорость растяжения модели была немного увеличена. Чуть позже в нижней части перекрытия тоже произошло соединение трещин, однако спрединг развивался по правой ветви перекрытия (рис. 4 г).
В результате встречного пропагейтинга двух трещин в области прочного блока сформировался микроблок. Этот эксперимент допускает возможность формирования блока плато Сокотры по аналогичному механизму.
Рис. 4. Эксперимент 1561. Образование микроблока при перескоке трещины, проходящей через прочный блок: (а) - (г)- стадии эксперимента. Прочный блок - область, покрытая каплями воды на стадиях (а), (б). Жирный белый пунктир - ось спрединга. Стрелкой показано направление вращения блока. Тонкий пунктир - сдвиговые и нетрансформные смещения. Н1= 3 • 10-3 м; V = (2,5 - 3,75) • 10-5 м/с-1.
Взаимодействие продвигающейся трещины с блоком с резкими границами.
В эксперименте № 1570 конфигурация блока была схожей с экспериментом №1561. Только границы между плитой толщиной Н1 с более мощным и прочным блоком толщиной Н2 были прямолинейными. А сам блок на стадии подготовки формировался за счёт разного времени охлаждения участков модели, а не охлаждением водой (рис. 5 а). Т. е. сначала в модельной плите вырезался блок необходимой формы, а окружающее его модельное вещество убиралось. Далее продолжалось охлаждение блока, плавающего в расплаве модельного вещества. Таким образом, при повторном охлаждении граница между блоком и остальной частью модельной плиты получалась достаточно резкой. Затем в модельной плите был задан разрез, из которого в начале растяжения стала продвигаться трещина (рис. 5 а). Приблизившись к блоку, трещина остановилась на какое-то время. После этого образовались ещё две трещины. Одна прошла через весь блок от места перегиба его нижней границы, а другая вышла из места перегиба
верхней границы (рис. 5 б). Все три трещины стали осями наращивания новой модельной коры, смещёнными друг относительно друга по прямолинейным границам блока (рис. 5 в, г). При этом в нижнем смещении развивался чистый сдвиг, т. к. здесь граница блока совпадает с направлением растяжения. А в верхнем смещении развивался сдвиго-раздвиг вследствие наклонной границы блока в данном месте (рис. 5 в). Дальнейшая аккреция в модели шла асимметрично влево (рис. 5 г). В проведённом эксперименте вследствие быстроты развития трещин было неясно, продвигается ли трещина из разреза, испытывая перескоки при внедрении в более прочный блок и при выходе из него, или все трещины образовались самостоятельно. В то же время опыт показал, что развитие единой спрединговой оси может осложняться при взаимодействии её со структурными барьерами различной конфигурации с резкими граничными переходами. Это проявляется в образовании и развитии различных типов смещений спрединговой оси, имеющих сдвиговую природу.
Рис. 5. Эксперимент 1570. Взаимодействие трещины с прочным блоком с резкими границами: (а) - (г)- стадии эксперимента. Прочный блок сложной формы во всю ширину модельной плиты. Жирный белый пунктир - ось спрединга. Тонкий пунктир - сдвиговые и нетрансформ-ные смещения. Н1=3 • 10-3 м; Н2= 5 • 10-3 м; У=2, 5 • 10-5 м/с-1.
Поскольку соотношение прочности мезозойских грабенов и дораскольной литосферы является дискуссионным вопросом, в том смысле, что прочность рифтогенных структур зависит от стадии растяжения континентальной коры и прогретости мантии, нами также были проведены эксперименты по моделированию косого рифтинга, продвигающегося в пределы прочной литосферы, осложнённой структурами с менее прочной литосферой. В модели грабены мезозойского возраста на пути продвижения риф-товой трещины были заданы как ослабленные зоны конечной ширины (или разрезы), совпадающие по простиранию с направлением растяжения. В процессе растяжения в зоне модельного рифта формировались сегменты трещин, разделённые этими структурными барьерами. Некоторые сегменты пересекали структурный барьер, не меняя своей линейности, другие проходили его со смещением. Это не зависело от того, какой была ширина структурного барьера. Смещение являлось следствием ширины рифто-вой зоны и её наклона. Особенностью этих экспериментов в отличие от опытов с прочными структурными барьерами было то, что все смещения рифтовой трещины были незначительными, в пределах модельной рифтовой зоны. В реальной ситуации крупные смещения по ТР в районе Аденского залива заложились на дораскольной стадии, и их амплитуда в значительной мере определялась размерами структурного барьера.
Заключение. Развитие постэоценового рифтинга и последующего спрединга, приведшего к образованию бассейна Аденского залива, происходило в аномальных
термических условиях, вызванных деятельностью мантийного плюма Афар, в пределах гетерогенной протерозойской афро-аравийской литосферы, нарушенной мезозойскими грабенами.
Для выявления особенностей структурообразующих деформаций в Аденском заливе было проведено физическое моделирование. Эксперименты показали, что при «встрече» с более прочным блоком рифтовая трещина стремится обойти его. При этом может произойти перескок трещины в область, прилегающую к боковой границе блока, и дальнейшее её продвижение. Либо трещина, не прерываясь, огибает прочный блок и продвигается дальше. Какой сценарий реализуется, зависит от размеров и формы структурного барьера (геометрии прочного блока). Если на пути трещины расположен один или несколько небольших блоков с повышенной прочностью, она, как правило, огибает их. Аналогичные результаты получались в моделях с двумя, следующими один за другим, небольшими прочными блоками. При больших размерах блока трещина перескакивает в одну из его боковых зон и далее также огибает его.
В то же время эксперименты показали, что развитие единой спрединговой оси может осложняться при взаимодействии её со структурными барьерами различной конфигурации с различными граничными переходами. При значительных поперечных размерах структурного барьера с плавным переходом мощности и прочности литосферы от него к прилегающим областям модельной плиты, продвигающаяся рифто-вая трещина проходит сквозь него со смещением. При этом смещение трещин может сформировать микроблок. Далее трещины, выйдя из области структурного барьера, соединяются и оконтуривают микроблок, состоящий из разнородной литосферы структурного барьера и окружающей его модельной плиты. При достаточно протяжённом в поперечном направлении структурном барьере с резкой границей перехода его толщины (прочности) к смежной области более тонкой модельной плиты трещина входит в область барьера со смещением и выходит из него со смещением по его границам. В зоне смещения формируются разломы сдвигового и сдвиго-раздвигового типа. Если в теле структурного барьера имеются перегибы в простирании, то они являются концентраторами деформаций. Эксперименты, в которых происходит формирование сдвиговой границы, подтверждают вывод о важности наличия структурных неодно-родностей с более прочной литосферой (мезозойские рифты) при образовании и развитии ТР, в частности ТР Алула-Фартак, отмеченного в работах [1, 2, 4, 6, 13]. Такая область стала для рифтовой трещины Аденского залива наиболее труднопреодолимым барьером, который затормозил её пропагейтинг, после чего произошло её смещение.
Авторы благодарят А.Н. Филаретову за помощь в оформлении рукописи. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 18-05-00378).
REFERENCES
1. Autin J., Bellahsen N., Leroy S. et al. "tte role of structural inheritance in oblique rifting: insights from analogue models and application to the Gulf of Aden. Tectonophysics. 6C7, 51-64 (2013).
2. Autin J., Bellahsen N., Husson L., Beslier M.-O., Leroy S., d' Acremont E. Analog models of oblique rifting in a cold lithosphere. Tectonics. 29 (6), (2010) (TC6016.http://dx.doi. org/10.1029/2010TC002671).
3. Bellahsen N., Leroy S., Autin J., Razin, E., d'Acremont, H. Sloan, R. Pik, A. Ahmed, K. Khanbari. Pre-existing oblique transfer zones and transfer/transform relationships in continental margins: New insights from the southeastern Gulf of Aden, Socotra Island, Yemen. Tectonophysics. 6C7, 32-50 (2013).
4. Bosworth W., Huchon P., McClay K. The Red Sea and Gulf of Aden Basins. Phanerozoic Passive Margins, Cratonic Basins and Global Tectonic Maps. P. 62-139 (2012).
5. Brune, S., Autin, J. The rift to break-up evolution of the Gulf of Aden: Insights from 3D numerical lithospheric-scale modeling. Tectonophysics. 607, 65-79 (2013).
6. D'Acremont E., Leroy S., Beslier M., Bellahsen N., Fournier M., Robin C., Maia M., Gente P. Structure and evolution of the eastern Gulf of Aden: insights from magnetic and gravity data (Encens-Sheba MD117 cruise). Geophysical J. International. 165, 786-803 (2006).
7. D'Acremont E., Leroy S., Maia M., Gente P., Autin J. Volcanism, jump and propagation on the Sheba ridge, eastern Gulf of Aden: segmentation evolution and implications for oceanic accretion processes. Geophysical J. International. 180, 535-551 (2010).
8. Dubinin E.P., Grokholsky A.L., Makushkina A.I. Physical modeling of the formation conditions of microcontinents and continental marginal plateaus. Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 54 (1), 66-78 (2018). Doi: 10.1134/S1069351318010056.
9. Fournier M., Chamot-Rooke N., Petit C., Huchon P., Al-Kathiri A., Audin L., Beslier M.-O., d'Acremont E., Fabbri O., Fleury J.-M., Khanbari K., Lepvrier C., Leroy S., Maillot B., Merkouriev S. Arabia-Somalia plate kinematics, evolution of the Aden-Owen-Carlsberg triple junction and opening of the Gulf of Aden. J. of Geophysical Research: Solid Earth. 115 (B4) (2010).
10. Grokholskii A.L., Dubinin E.P. Experimental Modeling of Structure-Forming Deformations in Rift Zones of Mid-Ocean Ridges. Geotectonics. 40 (1), 64-80 (2006).
11. Huchon, P., Khanbari, K. Rotation of the syn-rift stress field of the northern Gulf of Aden margin, Yemen. Tectonophysics. 164, 147-166 (2003).
12. Korostelev F., Leroy S., Keir D., Weemstra C., Boschi L., Molinari I., Ahmed A., Stuart G., Rolandone F., Khanbari K., Al-Lazki A. Magmatism at continental passive margins inferred from Ambient-Noise Phase-velocity in the Gulf of Aden. Terra Nova. 28 (1), 19-26 (2016).
13. Leroy S., d'Acremont E., Tiberi C., Basuyau C., Autin J., Lucazeau F., Sloan H. Recent off-axis volcanism in the eastern Gulf of Aden: Implications for plume-ridge interaction. Earth and Planetary Science Letters. 293, 140-153 (2010).
14. Leroy S., Razin P., Autin J., Bache F., d'Acremont E., Watremez L., Robinet J., Baurion C., Denele Y., Bellahsen N., Lucazeau F., Rolandone F., Rouzo S., Serra Kiel J., Robin, C. From rifting to oceanic spreading in the Gulf of Aden: a synthesis // Arabian Journal of Geosciences. 5, 859-901 (2012) (http://dx.doi.org/10.1007/s12517-011-0475-4).
15. Lukashov A.A. The Morphostructural Evolution of The Gulf of Aden Southern Margin. Geomorpology. 1, 35-43 (2013) (in Russian).
16. Shemenda A.I. Criteria of similarity in physical modelling of geodynamic processes. Geology and Geophysics. 10, 10-19 (1983) (in Russian).
17. Taylor B., Goodliffe A., Martinez F. Initiation of transform faults at rifted continental margins. C. R. Geoscience. 341, 428-438 (2009). Doi:10.1016/j.crte.2008.08.010.
