Континентальная окраина Каскадия протягивается вдоль западного побережья Северной Америки от острова Ванкувер (Канада) на севере до мыса Бланко (штат Орегон, США) на юге (рис. 33). Окраина Каскадия является зоной конвергенции океанической плиты Хуан-де-Фука и континентальной Северо-Американской плиты. Поглощение океанической плиты в зоне субдукции Каскадия происходило, по крайней мере, с эоцена. Скорость конвергенции плит по разным оценкам составляет от 36 до 43 мм/год (Nishimura et al., 1984; DeMets, Dixon, 1999). Глубоководный бассейн Каскадия, расположенный к западу от континентальной окраины, ограничен спрединговым хребтом Хуан-де-Фука. На южном окончании хребта Хуан-де-Фука выделяется зона разломов Бланко.

Рис. 33. Схематическая карта, показывающая расположение пород аккреционной призмы Каскадия (Северная Америка), которые на суше обнажаются на полуострове Олимпик и выделяются в качестве Олимпийского субдукционного комплекса (Brandon, Vance, 1992; Brandon et al., 1998; Stewart, Brandon, 2004). Скорость конвергенции плит Хаун-де-Фука и Северо-Американской по (DeMets, Dixon, 1999).

Древние части аккреционной призмы Каскадия обнажены на полуострове Олимпик и выделяются в качестве Олимпийского субдукционного комплекса (OSC - Olympic subduction complex) (Brandon, Vance, 1992; Brandon et al., 1998; Stewart, Brandon, 2004). Работа (Brandon, Vance, 1992), посвященная использованию трековых датировок детритовых цирконов из песчаников для реконструкции тектонической эволюции Олимпийского субдукционного комплекса, стала, по сути дела, пионерской работой в этом направлении. Именно, на этом объекте была предложена статистическая процедура разделения разновозрастных популяций циркона из смешенной выборки (Brandon, 1992), которая за тем была несколько раз усовершенствована (Brandon, 1996; Brandon, 2002). Трековое датирование обломочного циркона из терригенных пород было использовано для определения возраста осадконакопления отложений аккреционной призмы, времени аккретирования осадков и возраста метаморфизма (Brandon, Vance, 1992). Это исследование показало, что образцы, не испытавшие нагрева (unreset) выше температуры 175-185°С после накопления, содержат цирконы, возрасты остывания которых соответствуют возрастам остывания в источниках сноса. Для не перегретых образцов характерен широкий спектр трековых возрастов цирконов. А наиболее молодая популяция цирконов может определять нижний предел возраста осадконакопления. Сравнение возраста молодой популяции цирконов и возраста осадков, полученного биостратиграфическими методами, показало расхождение не более 5 млн. лет. Образцы, испытавшие нагрев (reset) до 240-245°С, содержат цирконы, трековый возраст которых лежит в узком временном интервале. Это возраст соответствует возрасту остывания пород, которое следует после метаморфизма. Изучение циркона из песчаников Олимпийского субдукционного комплекса дало возможность оценить эффективную температуру закрытия трековой системы в цирконе, которая определена как 235-245°С при скорости остывания 10-30°/млн. лет (Brandon, Vance, 1992). Анализ возрастов перегретых образцов указывает на то, что воздымание Олимпийских гор началось около 12 млн. лет назад. Скорость эксгумации за счет эрозии составляла около 1 км/млн. лет. Воздымание происходило за счет аккреционного "подслаивания" (underplating). Средняя скорость увеличения мощности аккреционного клина составляла порядка 1,75 км/млн. лет в течение последних 17 млн. лет. Проводились оценки скоростей аккретирования отложений призмы Каскадия на основании биостратиграфических данных (Чамов и др., 2001). Эти исследования показали, что скорости смещения отдельных элементов призмы варьируют от 1,5 до 5,5 км/млн. лет, возрастая в сторону континента.

  Трековое датирование циркона из песчаников формации Хох (Hoh Formation, прибрежная часть Олимпийского субдукционного комплекса) (Stewart, Brandon, 2004) показало, что возраст молодых популяций циркона очень близок к возрасту осадконакопления терригенных отложений. Сопоставление возрастов отложений, полученных по палеонтологическим остаткам, с трековыми возрастами молодых популяций цирконов продемонстрировало очень хорошую сходимость (рис. 34). Подобные исследования были проведены нами для терригенных толщ лесновской серии (перешеек Камчатки) (Соловьев и др., 2002; Soloviev et al., 2002) и аккреционной призмы острова Карагинский (Шапиро и др., 2004).

Рис. 34. Расхождение возрастов, определенных биостратиграфическими методами, и трековых возрастов молодой популяции цирконов (Stewart, Brandon, 2004). Расхождение вычислено как разница между трековым и биостратиграфическим возрастом. Для большинства образцов разница близка к нолю в пределах ошибок определений, это позволяет утверждать, что трековый возраст молодой популяции цирконов очень близок к возрасту осадконакопления.

Комплексный анализ трековых датировок и геологических данных позволил авторам историю формирования Олимпийской аккреционной призмы (Stewart, Brandon, 2004; Brandon, 2004). Отложения формации Хох накапливались в желобе Каскадия на глубинах более 2000 м в раннем миоцене. Затем они перемещались на плите Хуан-де-Фука и достигли деформационного фронта призмы Каскадия. Расстояние от деформационного фронта до современной позиции отложений формации Хох составляет 140 км (рис. 35), перемещение формации произошло за 22 млн. лет, что позволяет оценить скорость тектонического транспорта материала в аккреционной призме (рис. 36), так называемый тектонический поток (flux).

Рис. 35. Перемещение нижнемиоценовых осадочных пород (серый прямоугольник), аккретированных к призме Каскадия, от деформационного фронта до современной позиции (Brandon, 2004; Stewart, Brandon, 2004).


Рис. 36. Время транспортировки терригенного материала формации Хох от фронта аккреционной призмы Каскадия в современную позицию (Stewart, Brandon, 2004).

  Для изучения эксгумации аккреционной призмы Каскадия было применено трековое датирование апатита и циркона (Brandon et al., 1998). Породы, обнажающиеся в центральном массиве полуострова Олимпик (район горы Олимпус), были первично аккретированы в позднем олигоцене - раннем миоцене на глубинах 12.1 - 14.5 км, где температура составляла около 242 - 289° С. Вычисленный палеотемпературный градиент составлял 19.6±4.4° С/км и был близок к значениям современного температурного градиента, характерного для призмы Каскадия. Эксгумация пород началась около 18 млн. лет назад (рис. 37). Породы, обнажающиеся в центральном массиве на средней высоте 1204 м, пересекли изотерму, соответствующую температуре закрытия трековой системы в цирконе (a-damaged zircon), 13.7 млн. лет назад на глубине около 10 км. Изотерма, отвечающая температуре закрытия трековой системы во фторсодержащем апатите, была достигнута 6.7 млн. лет назад на глубине около 4.4 км. Используя график зависимости возрастов остывания минералов от высоты отбора пробы (рис. 37 А) и парные определения возраста по апатиту и циркону (рис. 37 Б) можно вычислить скорость эксгумации пород, которая в среднем для центрального массива составила 0.75 км/млн. лет начиная с 14 млн. лет назад.

Рис. 37. А - График зависимости трековых возрастов молодой популяции минералов от высоты отбора проб для центрального массива полуострова Олимпик (Brandon et al., 1998). Ошибки определения возрастов показаны как ±1s. Тренды вычислены по методу наименьших квадратов. Б - Эксгумационная история центрального массива полуострова Олимпик (Brandon et al., 1998). Среднее превышение центрального массива 1204 м. V - уровень моря, S - вершина горы Олимпус (2471 м), точечная линия отражает траекторию перемещения, соответствующих точек. Жирная сплошная линия траектория - среднего превышения. ZE и AE - скорость эксгумации, рассчитанная по графику А, для циркона и апатита соответственно. ZA и AS - скорость эксгумации, рассчитанная по разнице температуры закрытия трековых систем в цирконе и апатите и поверхностной температуры.

 Массовость трековых датировок апатита и их широкое пространственное распределение позволило авторам составить карту скоростей эксгумации отложений полуострова Олимпик (рис. 38) (Brandon et al., 1998). Для каждого трекового определения возраста фторсодержащего апатита была рассчитана локальная скорость эксгумации, для этого учитывалась разница температуры закрытия трековой системы и поверхностной температуры. Контур наименьших значений был выбран как 0.3 км/млн. лет.

Рис. 38. Карта скоростей эксгумации пород полуострова Олимпик (Brandon et al., 1998). Скорость эксгумации показана в км/млн. лет. Кружками показаны образцы апатита с не отожженными треками, треугольниками - с отожженными.  

Таким образом, на примерах аккреционных призм Шиманто и Каскадия показано, что трековое датирование циркона и апатита может с успехом применяться для изучения возраста аккретированных осадков, времени аккретирования и скоростей выведения комплексов на поверхность.

далее> наверх^