Dynamic component of pressure during metamorphism in a thrust zone

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

In the southeastern fragment of the Raahe-Ladoga suture zone in Russia, within the Meyeri tectonic zone, increased pressures (“overpressure”) were revealed, caused by structural-metamorphic transformations of rocks during collisional interaction of allochthonous and autochthonous blocks. It is assumed that tectonic interaction of the rigid crustal block of the Archean basement of the Karelian craton (autochthon) and the Proterozoic granulite block of the Svecofennian belt (allochthon) controls the conditions for the formation of superlithostatic pressure anomalies. Methods of mineral geobarometry and numerical thermomechanical modeling in the rocks of the thrust zone recorded pressures up to 9–11 kbar, while lithostatic pressure not exceeding 4–6 kbar. The obtained results allow us to consider that the nature of the local superlithostatic pressure up to 7–9 kbar, established by mineral geobarometers and numerical thermomechanical modeling, can be explained by the tectonic interaction of blocks with heterogeneous physical and mechanical properties, and not reflect the error of the applied mineral geobarometry instruments.

作者简介

Sh. Baltybaev

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, the Russian Academy of Sciences; St. Petersburg State University, Institute of the Earth Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russia; Russia

E. Vivdich

Institute of Precambrian Geology and Geochronology, the Russian Academy of Sciences; St. Petersburg State University, Institute of the Earth Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russia; Russia

O. Polyansky

V. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: shauket@mail.ru
Russia

V. Sverdlova

V. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: shauket@mail.ru
Russia

参考

  1. Азимов П.Я., Ризвановa Н.Г. Проявление позднесвекофеннского метаморфизма повышенных давлений в зональном метаморфическом комплексе Северного Приладожья (Юго-Восток Фенноскандинавского щита) // Петрология. 2021. Т. 29. № 3. С. 292–308. https://doi.org/10.31857/S0869590321020023
  2. Балтыбаев Ш.К., Вивдич Э.С. Эволюция Мейерской надвиговой зоны Северного Приладожья (Республика Карелия, Северо-Запад России): P–T условия формирования минеральных парагенезисов и геодинамические реконструкции // Геотектоника. 2021. Т. 225. № 4. С. 73–87. https://doi.org/10.31857/S0016853X21040032
  3. Балтыбаев Ш.К., Глебовицкий В.А., Козыре- ва И.В. и др. Мейерский надвиг – главный элемент строения сутуры на границе Карельского кратона и Свекофеннского пояса в Приладожье, Балтийский щит // Докл. АН. 1996. Т. 348. № 3. С. 353-356.
  4. Балтыбаев Ш.К., Глебовицкий В.А., Козырева И.В. и др. Геология и петрология свекофеннид Приладожья. СПб.: Изд. СПбГУ, 2000. 199 с.
  5. Балтыбаев Ш.К., Левченков О.А., Бережная Н.Г. и др. Время и длительность свекофеннской плутоно-метаморфической активности на юго-востоке Балтийского щита (Приладожье) // Петрология. 2004. Т. 12. № 4. С. 374–393.
  6. Балтыбаев Ш.К., Левченков О.А., Левский Л.К. Свекофеннский пояс Фенноскандии: пространственно-временная корреляция раннепротерозойских эндогенных процессов. СПб.: Наука, 2009. 328 с.
  7. Балтыбаев Ш.К., Вивдич Э.С., Галанкина О.Л., Борисова Е.Б. Флюидный режим формирования гнейсов в Мейерской надвиговой зоне Северного Приладожья (Юго-Восток Фенноскандинавского щита) // Петрология. 2022. Т. 30. № 2. С. 166–193. https://doi.org/10.31857/S0869590322020029
  8. Балтыбаев Ш.К., Саватенков В.М., Петрако- ва М.Е. T–t эволюция раннепротерозойских пород Северного Приладожья по данным изучения U-Pb, Rb-Sr и Sm-Nd систем в минералах // Геодинамика и тектонофизика. 2024. Т. 15. № 3. 0759. https://doi.org/10.5800/GT-2024-15-3-0759
  9. Вивдич Э.С., Балтыбаев Ш.К., Галанкина О.Л. Метаморфические минеральные реакции и парагенезисы в породах Мейерской тектонической зоны (Юго-Восток Фенноскандинавского щита) // Петрология. 2024. Т. 32. № 2. C. 195–217. https://doi.org/10.31857/s0869590324020046
  10. Гульбин Ю.Л. P–T тренды и моделирование эволюции минерального состава метапелитов Северного Приладожья в системе MnNCKFMASH // Записки РМО. 2014. Т. 143. № 6. С. 34–53.
  11. Коробейников С.Н. Нелинейное деформирование твердых тел. Новосибирск: Наука СО РАН, 2000. 262 с.
  12. Кулаковский А.Л., Морозов Ю.А., Смульская А.И. Стресс–метаморфизм и стресс–метаморфиты в докембрии Приладожья // Тр. КарНЦ РАН. 2015. № 7. С. 19–35. https://doi.org/10.17076/geo159
  13. Полянский О.П., Бабичев А.В., Коробейни- ков С.Н., Ревердатто В.В. Компьютерное моделирование гранитогнейсового диапиризма в земной коре: контролирующие факторы, длительность и температурный режим // Петрология. 2010. № 4. С. 450–466.
  14. Полянский О.П., Лиханов И.И., Бабичев А.В. и др. Тектониты Приенисейской сдвиговой зоны (Енисейский кряж): свидетельства и термомеханическая численная модель генерации сверхлитостатического давления // Петрология. 2024. Т. 32. № 1. С. 19–45. https://doi.org/10.31857/S0869590324010036
  15. Татаурова А.А., Стефанов Ю.П., Деев Е.В. Механизмы формирования тектонических структур в зонах сочленения горных хребтов и прилегающих впадин: геомеханическое численное моделирование// Геология и геофизика. 2024. https://doi.org/10.15372/GIG2024187
  16. Babeyko A., Sobolev S., Trumbull R. et al. Numerical models of crustal scale convection and partial melting beneath the Altiplano-Puna plateau // Earth and Planetary Science Letters. 2002. V. 199. P. 373–388. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(02)00597-6
  17. Baltybaev S.K. Svecofennian orogen of the Fennoscandian shield: Compositional and isotopic zoning and its tectonic interpretation // Geotectonics. 2013. V. 47. No 5. P. 452–464. https://doi.org/10.1134/S0016852113060022
  18. Beaumont C., Kamp J.J., Hamilton J., Fullsack P. The continental collision zone, South Island, New Zealand: Comparison of geodynamical models and observation // Journal of Geophysical Research. 1996. V. 101 (B2). P. 3333–3359. https://doi.org/10.1029/95JB02401
  19. Berman R.G. Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2O-K2O-CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-CO2 // Journal of Petrology. 1988. V. 29. No 2. P. 445–522. https://doi.org/10.1093/petrology/29.2.445
  20. Berman R.G. Thermobarometry using multi-equilibrium calculations: A new technique with petrologic applications // Canadian Mineralogist. 1991. V. 29. No 4. P. 833–855.
  21. Berman R.G. WinTWQ (version 2.3): A software package for performing internally-consistent thermobarometric calculations // Geological Survey of Canada. 2007. Open File 5462 (revised). URL: https://doi.org/10.4095/223228
  22. Berman R.G., Aranovich L.Y. Optimized standard state and solution properties of minerals I. Model calibration for olivine, orthopyroxene, cordierite, garnet, and ilmenite in the system FeO-MgO-CaO-A12O3-TiO2-SiO2 // Contribution to Mineralogy and Petrology. 1996. V. 126. P. 1–24. https://doi.org/10.1007/s004100050232
  23. Berman R.G., Aranovich L.Ya., Rancourt D.G., Mercier D.G. Reversed phase equilibrium constraints on the stability of Mg-Fe-Al biotite // American Mineralogist. 2007. V. 92. No 1. P. 139–150. https://doi.org/ 10.2138/am.2007.2051
  24. Bos B., Spiers C.J. Frictional-viscous flow of phyllosilicate-bearing fault rock: Microphysical model and implications for crustal strength profiles // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 107 (B2). https://doi.org/ 10.1029/2001JB000301
  25. Buiter S.J.H., Babeyko A.Yu., Ellis S. et al. The numerical sandbox: сomparison of model results for a shortening and an extension experiment // Eds. S.J.H. Buiter, G. Schreurs. Analogue and Numerical Modelling of Crustal-Scale Processes. Geological Society, London, Special Publications. 2006. V. 253. P. 29–64.
  26. Chu X., Ague J.J., Podladchikov Y.Y., Tian M. Ultrafast eclogite formation via melting-induced overpressure // Earth and Planetary Science Letters. 2017. V. 479. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.007
  27. Connolly J.A. Multivariable phase–diagrams – an algorithm based on generalized thermodynamics // American Journal of Science. 1990. V. 290. P. 666–718. https://doi.org/10.2475/ajs.290.6.666
  28. Dale J., Holland T., Powell R. Hornblende-garnet-plagioclase thermobarometry: A natural assemblage calibration of the thermodynamics of hornblende // Contribution to Mineralogy and Petrology. 2000. V. 140. P. 353–362. https://doi.org/10.1007/s004100000187
  29. England P.C., Thompson A.B. Pressure-temperature-time paths of regional metamorphism I. Heat transfer during the evolution of regions of thickened continental crust // Journal of Petrology. 1984. V. 25. P. 894–928. https://doi.org/10.1093/petrology/25.4.894
  30. Fullsack P. An arbitrary lagrangian-eulerian formulation for creeping flows and its applications in tectonic models // Geophysical Journal International. 1995. V. 120. P. 1–23.
  31. Gaal G., Gorbatschev R. An outline of the Precambrian evolution of the Baltic Shield // Precambrian Research. 1987. V. 35. No 1. P. 15–25. https://doi.org/10.1016/0301-9268(87)90044-1
  32. Gerya T. Tectonic overpressure and underpressure in lithospheric tectonics and metamorphism // Journal of Metamorphic Geology. 2015. V. 33. P. 785–800. https://doi.org/10.1111/jmg.12144
  33. Gerya T.V., Yuen D.A. Rayleigh–Taylor instabilities from hydration and melting propel “cold plumesˮ at subduction zones // Earth and Planetary Science Letters. 2003. V. 212. No 1–2. P. 47–62. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(03)00265-6
  34. Green E.C.R., White R.W., Diener J.F.A. et al. Activity–composition relations for the calculation of partial melting equilibria in metabasic rocks // Journal of Metamorphic Geology. 2016. V. 34. P. 845–869. https://doi.org/ 10.1111/jmg.12211
  35. Hawthorne F.C., Oberti R., Harlow G.E. et al. Nomenclature of the amphibole supergroup // American Mineralogist. 2012. V. 97. No 11–12. P. 2031–2048. https://doi.org/10.2138/am.2012.4276
  36. Holland T.J.B. Powel R. An internally-consistent thermodynamic dataset for phases of petrological interest // Journal of Metamorphic Geology. 1998. V. 16. P. 309–344. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.1998.00140.x
  37. Holland T.J.B., Powell R. An improved and extended internally consistent thermodynamic dataset for phases of petrological interest, involving a new equation of state for solids // Journal of Metamorphic Geology. 2011. V. 29. P. 333–383. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2010.00923.x
  38. Jamtveit B., Moulas E., Andersen T.B. et al. High pressure metamorphism caused by fluid induced weakening of deep continental crust // Scientific Reports. 2018. V. 8. https://doi.org/10.1038/s41598-018-35200-1
  39. Kaus B.J.P. Modelling approaches to geodynamic processes. PhD thesis, Los Angeles: University of California, 2005. ETH Zurich.
  40. Korobeynikov S.N., Reverdatto V.V., Polyan- skii O.P. et al. Computer simulation of underthrusting and subduction due to collision of slabs // Numerical Analysis and Applications. 2009. V. 2. No 1. P. 58–73. https://doi.org/10.1134/S1995423909010066
  41. Korsman K., Korja T., Pajunen M. et al. and GGT/SVEKA Working Group. The GGT/SVEKA Transect: Structure and Evolution of the Continental Crust in the Paleoproterozoic Svecofennian Orogen in Finland // International Geology Review. 1999. V. 41. P. 287–333.
  42. Kremenetsky A.A., Milanovsky S.Y., Ovchinni- kov L.N. A heat generation model for the continental crust based on deep drilling in the Baltic Shield // Tectonophysics. 1989. V. 159. P. 231–246.
  43. Kronenberg A.K., Tullis J. Flow strengths of quartz aggregates: grain size and pressure effects due to hydrolytic weakening // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1984. V. 89 (B6). P. 4281–4297. https://doi.org/10.1029/JB089iB06p04281
  44. Kukkonen I.T., Peltonen P. Xenolith-controlled geotherm for the central Fennoscandian Shield: Implications for lithosphere–asthenosphere relations // Tectonophysics. 1999. V. 304. P. 301–315.
  45. Lahtinen R., Huhma H., Kousa J. Contrasting source components of the Paleoproterozoic Svecofennian metasediments: detrital zircon U-Pb, Sm-Nd and geochemical data // Precambrian Research. 2002. V. 116. P. 81–109.
  46. Leak B.E., Woolley A.R., Arps C.E.S. et al. Nomenclature of Amphiboles: Report of the sub-committee on amphiboles of the international mineralogical association. Commission on new minerals and mineral names // American Mineralogist. 1997. V. 82. P. 1019–1037. https://doi.org/10.1180/minmag.1997.061.405.13
  47. Leloup P., Ricard Y., Battaglia J., Lacassin R. Shear heating in continental strike-slip shear zones: Model and field examples // Geophysical Journal International. 1999. V. 136. No 1. P. 19–40. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1999.00683.x
  48. Li Z., Gerya T.V., Burg J.P. Influence of tectonic overpressure on P–T paths of HP-UHP rocks in continental collision zones: Thermomechanical modelling // Journal of Metamorphic Geology. 2010. V. 28. P. 227–247. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2009.00864.x
  49. Mancktelow N.S. Tectonic overpressure in competent mafic layers and the development of isolated eclogites // Journal of Metamorphic Geology. 1993. V. 11. P. 801–812. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.1993.tb00190.x
  50. Mancktelow N.S. Nonlithostatic pressure during sediment subduction and the development and exhumation of high-pressure metamorphic rocks // Journal of Geophysical Research. 1995. V. 100. P. 571–583. https://doi.org/10.1029/94JB02158
  51. Mancktelow N.S. Tectonic pressure: Theoretical concepts and modelled examples // Lithos. 2008. V. 103. P. 149–177. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2007.09.013
  52. MARC Users Guide. Vol. A: Theory and Users Information. Santa Ana (CA): MSC. Software Corporation. 2010.
  53. Marques F.O., Ranalli G., Mandal N. Tectonic overpressure at shallow depth in the lithosphere: the effects of boundary conditions // Tectonophysics. 2018a. V. 746. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2018.03.022
  54. Marques F.O., Mandal N., Ghosh S. et al. Channel flow, tectonic overpressure, and exhumation of high-pressure rocks in the Greater Himalayas // Solid Earth. 2018b. V. 9. P. 1061–1078. https://doi.org/10.5194/se-9-1061-2018
  55. Moulas E., Podladchikov Y.Y., Aranovich L.Y., Kostopoulos D. The problem of depth in geology: When pressure does not translate into depth // Petrology. 2013. V. 21. No 6. P. 577–587. https://doi.org/10.1134/S0869591113060052
  56. Nironen M. The Svecofennian Orogen: a tectonic model // Precambrian Research. 1997. V. 86. No 1–2. P. 21–44.
  57. Perchuk A.L., Safonov O.G., Smit C.A. et al. Precambrian ultra-hot orogenic factory: Making and reworking of continental crust // Tectonophysics. 2018. V. 746. P. 572–586. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.11.041
  58. Petrini K., Podladchikov Y. Lithospheric pressure depth relationship in compressive regions of thickened crust // Journal of Metamorphic Geology. 2000. V. 18. P. 67–77. https://doi.org/10.1046/j.1525-1314.2000.00240.x
  59. Ranalli G. Rheology of the Earth. London, Glasgow, Weinheim, New York, Tokyo, Melbourne, Madras: Chapman & Hall, 1995. 413 p.
  60. Reuber G., Kaus B., Schmalholz S., White R. Nonlithostatic pressure during subduction and collision and the formation of (ultra)high-pressure rocks // Geology. 2016. V. 44. G37595.1. https://doi.org/10.1130/G37595.1
  61. Reverdatto V.V., Likhanov I.I., Polyansky O.P. et al. Causes, geodynamic factors and models of metamorphism // The Nature and Models of Metamorphism. Switzerland: Springer Geology, 2019. P. 83–228. https://doi.org/10.1007/978-3-030-03029-2_3
  62. Rutland R.W.R. Tectonic overpressures, in Controls of Metamorphism. Eds. W.S. Pitcher, G.W. Flinn. Edinburgh: Oliver and Boyd, 1965. P. 119–139.
  63. Schmalholz S.M., Podladchikov Y.Y. Tectonic overpressure in weak crustal-scale shear zones and implications for the exhumation of high-pressure rocks // Geophysical Research Letters. 2013. V. 40. P. 1984–1988. https://doi.org/10.1002/grl.50417
  64. Schmalholz S.M., Medvedev S., Lechmann S.M., Podladchikov Y. Relationship between tectonic overpressure, deviatoric stress, driving force, isostasy and gravitational potential energy // Geophysical Journal International. 2014. V. 197. P. 680–696. https://doi.org/ 10.1093/gji/ggu040
  65. Schreurs G., Buiter S.J.H., Boutelier D. et al. Analogue benchmarks of shortening and extension experiments // Eds. S.J.H. Buiter, G. Schreurs. Analogue and Numerical Modelling of Crustal-Scale Processes. Geological Society, London, Special Publications. 2006. V. 253. P. 1–27.
  66. Selzer C., Buiter S.J.H., Pfiffner O.A. Numerical modelling of frontal and basal accretion at collisional margins // Tectonics. 2008. V. 27. TC3001. https://doi.org/10.1029/2007TC002169.
  67. Tajčmanová L., Vrijmoed J., Moulas E. Grain-scale pressure variations in metamorphic rocks: implications for the interpretation of petrographic observations // Lithos. 2015. V. 216–217. P. 338–351. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2015.01.006
  68. Vrijmoed J.C., Podladchikov Y.Y., Andersen T.B., Hartz E.H. An alternative model for ultra-high pressure in the Svartberget Fe-Ti garnet-peridotite, Western Gneiss Region, Norway // European Journal of Mineralogy. 2009. V. 21. P. 1119–1133. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2009/0021-1985
  69. White R., Powell R., Johnson T. The effect of Mn on mineral stability in metapelites revisited: New a-x relations for manganese-bearing minerals // Journal of Metamorphic Geology. 2014. V. 32 № 8. P. 261–286. https://doi.org/10.1111/jmg.12095
  70. Whitney D.L., Evans B.W. Abbreviations for rock-forming minerals // American Mineralogist. 2010. V. 95. P. 185–187. https://doi.org/10.2138/am.2010.3371
  71. Zhou Y., Rybacki E., Wirth R. et al. Creep of partially molten fine-grained gabbro under dryconditions // Journal of Geophysical Research. 2012. V. 117. B05204. https://doi.org/10.1029/2011JB008646

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».