Геология Большого Каньона: История формирования и геологическое строение

Введение

Геология Гранд-Каньона включает в себя одну из наиболее полных и изученных последовательностей горных пород на Земле. Около 40 основных слоев осадочных пород, обнаженных в Гранд-Каньоне и на территории Национального парка Гранд-Каньон, имеют возраст от 200 миллионов до почти 2 миллиардов лет. Большинство из них отлагались в теплых, неглубоких морях и вблизи древних, давно исчезнувших морских берегов в западной части Северной Америки. Представлены как морские, так и наземные осадочные породы, включая литифицированные песчаные дюны вымершей пустыни. В геологических записях Гранд-Каньона обнаружено по меньшей мере 14 известных несогласий. Подъем региона начался около 75 миллионов лет назад во время орогенеза Ларами, тектонического события, в значительной степени ответственного за формирование Скалистых гор к востоку. В общей сложности плато Колорадо поднялось примерно на 3 километра. Соседняя область Бассейна и Хребта к западу начала формироваться около 18 миллионов лет назад в результате растяжения земной коры. Дренажная система, протекавшая через территорию современного восточного Гранд-Каньона, впадала в более низкую провинцию Бассейна и Хребта. Открытие Калифорнийского залива около 6 миллионов лет назад позволило крупной реке проложить себе путь на северо-восток от залива. Эта новая река захватила более древнюю дренажную систему, образовав прародительницу реки Колорадо, которая, в свою очередь, начала формировать Гранд-Каньон. Более влажный климат, вызванный ледниковыми периодами, начавшимися 2 миллиона лет назад, значительно усилил углубление Гранд-Каньона, который уже 1,2 миллиона лет назад достиг почти современной глубины. Вулканическая активность привела к извержению лавы на этой территории в период от 1,8 до 500 000 лет назад. По меньшей мере 13 лавовых дам перегородили реку Колорадо, образовав озера глубиной до 610 метров. Конец последнего ледникового периода и последующая деятельность человека значительно снизили способность реки Колорадо углублять каньон. В частности, плотины нарушили естественные процессы переноса и отложения осадочных пород. Для оценки возможного восстановительного эффекта проводятся контролируемые наводнения с плотины Глен-Каньон, расположенной выше по течению. Землетрясения и массовые эрозионные процессы продолжают оказывать влияние на регион.

Aspect of geology

The geology of the Grand Canyon area includes one of the most complete and studied sequences of rock on Earth. The nearly 40 major sedimentary rock layers exposed in the Grand Canyon and in the Grand Canyon National Park area range in age from about 200 million to nearly 2 billion years old. Most were deposited in warm, shallow seas and near ancient, long gone sea shores in western North America. Both marine and terrestrial sediments are represented, including lithified sand dunes from an extinct desert. There are at least 14 known unconformities in the geologic record found in the Grand Canyon. Uplift of the region started about 75 million years ago during the Laramide orogeny; a mountain building event that is largely responsible for creating the Rocky Mountains to the east. In total, the Colorado Plateau was uplifted an estimated 2 mile (3 km). The adjacent Basin and Range Province to the west started to form about 18 million years ago as the result of crustal stretching. A drainage system that flowed through what is today the eastern Grand Canyon emptied into the now lower Basin and Range province. The opening of the Gulf of California around 6 million years ago enabled a large river to cut its way northeast from the gulf. The new river captured the older drainage to form the ancestral Colorado River, which in turn started to form the Grand Canyon. Wetter climates brought upon by ice ages starting 2 million years ago greatly increased excavation of the Grand Canyon, which was nearly as deep as it is now, 1.2 million years ago. Volcanic activity deposited lava over the area 1.8 million to 500,000 years ago. At least 13 lava dams blocked the Colorado River, forming lakes that were up to 2000 feet (610 m) deep. The end of the last ice age and subsequent human activity has greatly reduced the ability of the Colorado River to excavate the canyon. Dams in particular have upset patterns of sediment transport and deposition. Controlled floods from Glen Canyon Dam upstream have been conducted to see if they have a restorative effect. Earthquakes and mass wasting erosive events still affect the region.

Вишну подвальные скалы

Примерно 2,5 и 1,8 миллиарда лет назад в докембрийское время песок, глина, ил и пепел отлагались в морском бассейне, прилегающем к орогенному поясу. С 1,8 по 1,6 миллиарда лет назад, по крайней мере, две островные дуги столкнулись с прото-Североамериканским континентом. Этот процесс тектоники плит сжал и прирос морские отложения в бассейне к материку, подняв их из моря. Позже эти породы были погребены на глубину 19 км под поверхностью и под давлением превратились в метаморфические породы. Полученный метаморфический комплекс Гранитных Ущелий, являющийся частью пород фундамента Вишну, состоит из метаосадочных сланцев Вишну и метавулканических сланцев Брахма и Рама, образовавшихся 1,75–1,73 миллиарда лет назад. Это устойчивая порода, обнаженная сейчас на дне каньона во Внутреннем Ущелье. Когда вулканические острова столкнулись с материком около 1,7 миллиарда лет назад, из зоны субдукции поднимались плюмы магмы, внедряясь в метаморфический комплекс Гранитных Ущелий. Эти плутоны медленно охлаждались, образуя гранит Зороастра, часть которого впоследствии превратилась в гнейс. Этот структурный элемент можно увидеть в виде светлоокрашенных полос в более темном гранатовом сланце Вишну (см. рис. 1b). Внедрение гранита происходило в три фазы: две во время начального периода метаморфизма Вишну и третья – около 1,4 миллиарда лет назад. Третья фаза сопровождалась масштабными разломами, особенно вдоль широтных разломов, что привело к частичному рифтованию континента. Последующая эрозия, продолжавшаяся 300 миллионов лет, сровняла большую часть обнаженных отложений и гор. Это привело к тому, что очень высокие горы превратились в небольшие холмы высотой от нескольких десятков до сотен метров. Самый древний участок супергруппы – группа Ункар. Она накапливалась в разнообразных флювиальных, дельтовых, приливных, прибрежных и морских условиях. Первым образованием, отложенным в группе Ункар, было образование Басс. Флювиальный гравий первоначально накапливался в неглубоких речных долинах. Позже он литифицировался в базальный конгломерат, известный как член Хотаута образования Басс. Образование Басс отлагалось в мелководье у побережья в виде смеси известняка, песчаника и сланца. Позднее диагенез преобразовал большую часть известняка в доломит. Оно мощное и сероватого цвета. В среднем возрасте 1250 миллионов лет это самый древний слой, обнаженный в Гранд-Каньоне, содержащий окаменелости – строматолиты. Это образование указывает на кратковременную регрессию (отступление) береговой линии в этом районе, оставившую илистые отмели. Волны и другие признаки указывают на близость к берегу. Выходы этого красно-оранжевого образования можно увидеть в восточной части каньона. В этом слое найдены окаменелости строматолитов и водорослей. Базальт Карденас возрастом 1070 ± 70 миллионов лет – самое молодое образование в группе Ункар. Он состоит из слоев темно-коричневого базальта, который изливался в виде лавы толщиной до 305 м. Этот структурный элемент состоит из крупнозернистого песчаника и был отложен в мелководье на поверхности эрозии базальта Карденас. Образование Галерос – преимущественно зеленоватое образование, состоящее из чередующихся слоев песчаника, известняка и сланца. В Галеросе найдены окаменелые строматолиты. Образование Квагунт состоит из черного сланца и красно-фиолетового аргиллита с некоторым количеством известняка. Изолированные карманы красноватого песчаника также встречаются в районе Карбон-Батт. В этом слое обнаружены строматолиты. Около 800 миллионов лет назад супергруппа была наклонена на 15° и образовала блоково-разломную структуру в ходе Гранд-Каньонского Орогенеза. Некоторые блоковые участки опустились, а другие поднялись, а движение по разломам создало горные хребты разломного типа, ориентированные с севера на юг.

At about 2.5 and 1.8 billion years ago in Precambrian time, sand, mud, silt, and ash were laid down in a marine basin adjacent to an orogenic belt. From 1.8 to 1.6 billion years ago at least two island arcs collided with the proto North American continent. This process of plate tectonics compressed and grafted the marine sediments in the basin onto the mainland and uplifted them out of the sea. Later, these rocks were buried 12 mile (19 km) under the surface and pressure cooked into metamorphic rock. The resulting Granite Gorge Metamorphic Suite, which is part of the Vishnu Basement Rocks, consists of the metasedimentary Vishnu Schist and the metavolcanic Brahma and Rama Schists that were formed 1.75 billion to 1.73 billion years ago. This is the resistant rock now exposed at the bottom of the canyon in the Inner Gorge. As the volcanic islands collided with the mainland around 1.7 billion years ago, blobs of magma rose from the subduction zone and intruded the Granite Gorge Metamorphic Suite. These plutons slowly cooled to form the Zoroaster Granite; part of which would later be metamorphosed into gneiss. This rock unit can be seen as light colored bands in the darker garnet studded Vishnu Schist (see 1b in figure 1). The intrusion of the granite occurred in three phases: two during the initial Vishnu metamorphism period, and a third around 1.4 billion years ago. The third phase was accompanied by large scale faulting, particularly along north–south faults, leading to a partial rifting of the continent. Subsequent erosion lasting 300 million years stripped much of the exposed sediments and the mountains away. This reduced the very high mountains to small hills a few tens to hundreds of feet (tens of meters) high. The oldest section of the supergroup is the Unkar Group. It accumulated in a variety of fluvial, deltaic, tidal, nearshore marine, and offshore marine environments. The first formation to be laid down in the Unkar Group was the Bass Formation. Fluvial gravels initially accumulated in shallow river valleys. They later lithified into a basal conglomerate that is known as the Hotauta Member of the Bass Formation. The Bass Formation was deposited in a shallow sea near the coast as a mix of limestone, sandstone, and shale. Diagenesis later altered the bulk of the limestone into dolomite. It is thick and grayish in color. Averaging 1250 million years old, this is the oldest layer exposed in the Grand Canyon that contains fossils—stromatolites. This formation indicates a short lived regression (retreat) of the seashore in the area that left mud flats. Ripple marks and other features indicate it was close to the shore. Outcrops of this red to orange formation can be seen in the eastern parts of the canyon. Fossils of stromatolites and algae are found in this layer. At 1070 ± 70 million years old, the Cardenas Basalt is the youngest formation in the Unkar Group. It is made of layers of dark brown basaltic rocks that flowed as lava up to 1000 feet (305 m) thick. This rock unit is made of coarse grained sandstone, and was deposited in a shallow sea on top of the eroded surface of the Cardenas Basalt. The Galeros Formation is a mainly greenish formation composed of interbedded sandstone, limestone, and shale. Fossilized stromatolites are found in the Galeros. The Kwagunt Formation consists of black shale and red to purple mudstone with some limestone. Isolated pockets of reddish sandstone are also found around Carbon Butte. Stromatolites are found in this layer. About 800 million years ago the supergroup was tilted 15° and block faulted in the Grand Canyon Orogeny. Some of the block units moved down and others moved up while fault movement created north–south trending fault block mountain ranges.

Группа Tonto

В эпоху палеозоя западная часть территории, которая впоследствии стала Северной Америкой, находилась вблизи экватора и располагалась на пассивном континентальном крае. Климат был теплым, и беспозвоночные, такие как трилобиты, были широко распространены. Океан начал возвращаться в район Гранд-Каньона с запада около 550 миллионов лет назад. Песчаник Tapeats имеет средний возраст 525 миллионов лет и состоит из средне- и крупнозернистого песка и конгломерата, отложенных на древнем берегу (см. 3а на рисунке 1). В верхних частях этого тонкослоистого темно-коричневого слоя часто встречаются рябь. В песчанике Tapeats также обнаружены окаменелости и следы трилобитов и брахиоподов. В настоящее время это мощная скала-утес. Сланце Bright Angel в среднем 515 миллионов лет, он состоит из глинистого сланца, образованного из глинистого материала, с прослоями песчаника и известняково-глинистого известняка, а также несколькими тонкими слоями доломита. Глауконит отвечает за зеленый цвет сланца Bright Angel. Известняк Muav имеет средний возраст 505 миллионов лет и состоит из серого, тонкослоистого известняка, отложенного дальше от берега из осадка карбоната кальция (см. 3c на рисунке 1). Muav также является скалой-утесом, имеющей значительную толщину. Эти три формации были отложены в течение 30 миллионов лет – от раннего до среднего кембрийского периода. Трилобиты, за которыми следуют брахиоподы, – наиболее часто встречающиеся окаменелости в этой группе, однако хорошо сохранившиеся экземпляры относительно редки. Несоответствие, отражающее потерю 40–50 миллионов лет геологической истории, отмечает верхнюю границу этой формации. Следующей формацией в геологическом разрезе Гранд-Каньона является скала-утес Redwall Limestone, также имеющая значительную толщину (см. 4b на рисунке 1). Redwall состоит из мощнослоистых, темно-коричневых или голубовато-серых известняков и доломита с включениями белых чертных конкреций. В Redwall обнаружено множество окаменелых криноидей, брахиоподов, бриозоев, роговых кораллов, наутилоидов и губок, а также других морских организмов, таких как крупные и сложные трилобиты. Каньон Surprise был неизвестен науке до 1973 года и доступен только по воздуху. Морские и неморские отложения грязи, ила, песка и известковых осадков были отложены на широкой прибрежной равнине, подобной современной прибрежной зоне Мексиканского залива в Техасе. Формации группы Supai в западной части каньона содержат известняк, указывающий на теплое, мелководное море, в то время как восточная часть, вероятно, представляла собой илистую дельту реки. Эта формация состоит из красных глинобитных камней и сланца, перекрытых слоями песчаника охристого цвета, общая толщина которых достигает 600–700 футов (около 200 м). Формации группы Supai, от самых старых к самым молодым (на вершине каждой присутствует несоответствие): Watahomigi (см. 5а на рисунке 1) – это склон, сложенный серым известняком с некоторыми красными полосами из черта, песчаником и фиолетовым глинобитом, имеющий значительную толщину. Manakacha (см. 5b на рисунке 1) – это скала-утес и склон, сложенные бледно-красным песчаником и красным сланцем, средняя толщина которых в Гранд-Каньоне составляет 91 метр. Wescogame (см. 5c на рисунке 1) – это выступ и склон, сложенные бледно-красным песчаником и глинобитом, имеющие значительную толщину. Esplanade (см. 5d на рисунке 1) – это выступ и скала-утес, сложенные бледно-красным песчаником и глинобитом, также имеющие значительную толщину. Несоответствие отмечает верхнюю границу группы Supai.

During the Paleozoic era, the western part of what would become North America was near the equator and on a passive margin. Climate was warm and invertebrates, such as the trilobites, were abundant. An ocean started to return to the Grand Canyon area from the west about 550 million years ago. Tapeats Sandstone averages 525 million years old and is made of medium to coarse grained sand and conglomerate that was deposited on an ancient shore (see 3a in figure 1). Ripple marks are common in the upper members of this dark brown thin bedded layer. Fossils and imprint trails of trilobites and brachiopods have also been found in the Tapeats. Today it is a cliff former that is thick. Bright Angel Shale averages 515 million years old and is made of mudstone derived shale that is interbedded with small sections of sandstone and shaly limestone with a few thin beds of dolomite. Glauconite is responsible for the green coloration of the Bright Angel. Muav Limestone averages 505 million years old and is made of gray, thin bedded limestone that was deposited farther offshore from calcium carbonate precipitates (see 3c in figure 1). The Muav is a cliff former, thick. These three formations were laid down over a period of 30 million years from early to middle Cambrian time. Trilobites followed by brachiopods are the most commonly reported fossils in this group but well preserved fossils are relatively rare. An unconformity representing 40 to 50 million years of lost geologic history marks the top of this formation. The next formation in the Grand Canyon geologic column is the cliff forming Redwall Limestone, which is thick (see 4b in figure 1). Redwall is composed of thick bedded, dark brown to bluish gray limestone and dolomite with white chert nodules mixed in. Many fossilized crinoids, brachiopods, bryozoans, horn corals, nautiloids, and sponges, along with other marine organisms such as large and complex trilobites have been found in the Redwall. Surprise Canyon was unknown to science until 1973 and can be reached only by helicopter. Both marine and non marine deposits of mud, silt, sand and calcareous sediments were laid down on a broad coastal plain similar to the Texas Gulf Coast of today. Supai Group formations in the western part of the canyon contain limestone, indicative of a warm, shallow sea, while the eastern part was probably a muddy river delta. This formation consists of red siltstones and shale capped by tan colored sandstone beds that together reach a thickness of 600 to 700 ft (around 200 m). Formations of the Supai Group are from oldest to youngest (an unconformity is present at the top of each): Watahomigi (see 5a in figure 1) is a slope forming gray limestone with some red chert bands, sandstone, and purple siltstone that is thick. Manakacha (see 5b in figure 1) is a cliff and slope forming pale red sandstone and red shale that averages 300 feet (91 m) thick in Grand Canyon. Wescogame (see 5c in figure 1) is a ledge and slope forming pale red sandstone and siltstone that is thick. Esplanade (see 5d in figure 1) is a ledge and cliff forming pale red sandstone and siltstone that is thick. An unconformity marks the top of the Supai Group.

Эрмит, Коконино, Торовеап и Кайбаб

Как и группа Супай, расположенная ниже, формация Эрмита пермского возраста, вероятно, отложилась на широкой прибрежной равнине (см. 6а на рисунке 1). Развитие склонов периодически подмывает вышележащие формации, и глыбы породы размером с дом обрушиваются на платформу Тонто. На вершине этой формации отмечается несогласие.

Like the Supai Group below it, the Permian aged Hermit Formation was probably deposited on a broad coastal plain (see 6a in figure 1). Slope development will periodically undermine the formations above and car to house sized blocks of that rock will cascade down onto the Tonto Platform. An unconformity marks the top of this formation
Coconino Sandstone formed about 275 million years ago as the area dried out and sand dunes made of quartz sand invaded a growing desert (see 6b in figure 1). Today, the Coconino is a thick golden white to cream colored cliff former near the canyon's rim. Cross bedding patterns of the frosted, fine grained, well sorted and rounded quartz grains seen in its cliffs is compatible with but does not substantiate conclusively an eolian environment. Also fossilized are tracks from lizard like creatures and what look like tracks from millipedes and scorpions. An unconformity marks the top of this formation. Next in the geologic column is the 200 feet (61 m) thick Toroweap Formation (see 6c in figure 1). Seligman is a slope forming yellowish to reddish sandstone and siltstone. Brady Canyon is a cliff forming gray limestone with some chert. Wood Ranch is a slope forming pale red and gray siltstone and dolomitic sandstone. An unconformity marks the top of this formation. One of the highest, and therefore youngest, formations seen in the Grand Canyon area is the Kaibab Limestone (see 6d in figure 1). It erodes into ledgy cliffs that are thick and was laid down in latest early Permian time, about 270 million years ago, This is the cream to grayish white rock that park visitors stand on while viewing the canyon from both rims. It is also the surface rock covering much of the Kaibab Plateau just north of the canyon and the Coconino Plateau immediately south. Shark teeth have been found in this formation as well as abundant fossils of marine invertebrates such as brachiopods, corals, mollusks, sea lilies, and worms. An unconformity marks the top of this formation.

Песчаник Коконино сформировался около 275 миллионов лет назад, когда территория высыхала, и песчаные дюны, состоящие из кварцевого песка, вторглись в растущую пустыню (см. 6b на рисунке 1). Сегодня Коконино представляет собой мощный, золотисто-белый или кремовый цвет обрыва вблизи края каньона. Перекрестная слоистость, наблюдаемая в его скалах, состоит из матовых, мелкозернистых, хорошо отсортированных и округленных кварцевых зерен, что согласуется, но не подтверждает окончательно эоловую среду. Также здесь обнаружены окаменелые следы существ, похожих на ящериц, а также следы, напоминающие следы многоножек и скорпионов. На вершине этой формации также отмечается несогласие. Далее по геологическому разрезу следует формация Торовеап толщиной 200 футов (61 м) (см. 6c на рисунке 1). Селигман – это песчаник и алеврит желтоватого до красноватого оттенка, формирующий склон. Брэди-Каньон – это серое известняковое образование, формирующее обрыв, с прожилками кремня. Вуд-Ранч – это бледно-красный и серый алеврит и доломитовый песчаник, формирующий склон. На вершине этой формации также отмечается несогласие.

Одной из самых высоких и, следовательно, самых молодых формаций в районе Гранд-Каньона является известняк Кайбаб (см. 6d на рисунке 1). Он разрушается в скалистые уступы и отложился в позднем раннем пермском периоде, около 270 миллионов лет назад. Это кремовый или серовато-белый камень, на котором посетители парка стоят, любуясь каньоном с обеих сторон. Он также является поверхностной породой, покрывающей большую часть плато Кайбаб к северу от каньона и плато Коконино непосредственно к югу. В этой формации были найдены зубы акул, а также многочисленные окаменелости морских беспозвоночных, таких как брахиоподы, кораллы, моллюски, морские лилии и черви. На вершине этой формации также отмечается несогласие.

Мезозойское осаждение

Подъем ознаменовал начало мезозойской эры, и реки начали врезаться в новообразованную сушу. Реки, протекавшие по широким пологим долинам в триасовый период, откладывали осадочные породы, образовавшиеся в результате эрозии близлежащих возвышенностей, формируя некогда мощную формацию Моенкопи толщиной до 305 метров (1000 футов). Формация состоит из песчаника и сланца с прослоями гипса. Выходы пород формации Моенкопи можно найти вдоль реки Колорадо в ущелье Марбл-Каньон, на горе Седар (столовая гора вблизи юго-восточной границы парка) и в Ред-Бьют (расположенном к югу от поселка Гранд-Каньон). Геология районов каньонов Зайон и Колоб, а также геология района каньона Брайс, отражают некоторые из этих формаций. Все эти горные породы вместе образуют суперсеквенцию, известную как Великая лестница.

Подъем и близлежащее расширение

Орогенез Ларами затронул всю западную часть Северной Америки, способствуя формированию Американской Кордильеры. Возвышение Кайбаб, Монумент Уорп, горы Уинта, Сан-Рафаэль и Скалистые горы были подняты, по крайней мере частично, в результате орогенеза Ларами. Это крупное горообразовательное событие началось в конце мезозоя, около 75 миллионов лет назад. Реки, дренировавшие Скалистые горы в начале миоцена, впадали в внутриконтинентальные бассейны в Юте, Аризоне и Неваде, однако нет свидетельств существования крупной реки. Около 18 миллионов лет назад тектонические силы начали растягивать и опускать регион на западе, формируя провинцию Бассейн и Хребет. Крайняя западная часть каньона заканчивается у одного из разломов провинции Бассейн и Хребет – Гранд-Уош, который также отмечает границу между этими двумя провинциями.

Река Колорадо: происхождение и развитие

Рифтинг начал формировать Калифорнийский залив далеко на юге 6–10 миллионов лет назад. Эта река, предшественница Нижней реки Колорадо, начала заполнять северную часть залива, простиравшуюся почти до места плотины Гувера, аллювиальными отложениями. Механизм, посредством которого древняя Нижняя река Колорадо захватила этот водосборный бассейн и водосборные бассейны большей части Колорадского плато, неизвестен. Возможные объяснения включают в себя регрессивную эрозию или разрушение естественной плотины озера или реки. Увеличение осадков привело к увеличению стока и эрозионной способности потоков (особенно благодаря весеннему таянию снегов и внезапным паводкам летом). С значительно возросшим объёмом воды Колорадо начала врезаться в русло быстрее, чем когда-либо прежде, и начала быстро формировать Большой Каньон за 2 миллиона лет до настоящего времени, почти достигнув современной глубины к 1,2 миллиона лет назад. В результате Большой Каньон реки Колорадо простирается примерно с востока на запад на 447 км между озером Пауэлл и озером Мид. На этом участке река Колорадо теряет 610 метров высоты и вымыла приблизительно 2000 метров осадочных пород, сформировав каньон. Эта часть реки пересекает Кайбабский подъем высотой 2743 метра и проходит через семь плато (плато Кайбаб, Канаб и Шивиц ограничивают северную часть каньона, а плато Коконино – южную).

Вулканическая активность в западном каньоне

Вулканическая активность началась в вулканическом поле Уинкаре (на западе Гранд-Каньона) около 3 миллионов лет назад. Более 150 потоков базальтовой лавы перегораживали реку Колорадо по меньшей мере 13 раз в период с 725 000 до 100 000 лет назад. Плотины обычно формировались за несколько недель, были длинными, высокими (более толстыми выше по течению и более тонкими ниже по течению) и имели объемы, позволявшие удерживать воду в больших озерах. Согласно одной из гипотез, вода из реки Колорадо запрудилась в больших озерах, простиравшихся до Моаба, штат Юта. Плотины переливались за короткое время; высокие плотины переливались через свои озера за 2–17 дней. Одновременно с этим осадочные породы заполняли озера за плотинами. Осадок заполнил бы озеро за плотиной высотой 150 футов (46 м) за 10,33 месяца, озеро за плотиной высотой 1150 футов (351 м) – за 345 лет, а озеро за самой высокой плотиной – за 3000 лет. Однако другие предполагают, что лавовые плотины были гораздо более недолговечными и разрушались катастрофически до перелива. В этой модели плотины разрушались бы из-за потока жидкости через трещины в плотинах и вокруг опор плотин, через проницаемые речные отложения и аллювий. С момента разрушения этих плотин река Колорадо углубила русло в скалах Колорадского плато максимум на 160 футов (49 м). Этот тип массовых сдвигов является основным способом транспортировки осадка в небольших и крутых боковых каньонах, но также играет важную роль в разработке больших каньонов. Временная природоохранная мера, введенная с 1991 года, поддерживает максимальный расход в секунду, хотя электростанция плотины может обрабатывать на больше потока в секунду. Контроль речного стока с помощью плотин уменьшил способность реки размывать скалы, существенно сократив количество переносимого ею осадка. Гранд-Каньон расположен на южной оконечности сейсмического пояса Межгорного Запада. В XX веке в районе Гранд-Каньона произошло по меньшей мере 35 землетрясений магнитудой более 3,0 по шкале Рихтера. Из них пять зарегистрировали более 5,0 по шкале Рихтера, а самым сильным было землетрясение магнитудой 6,2, произошедшее в январе 1906 года. К основным системам трещин северо-восточного направления, пересекающим каньон, относятся Западный Кайбаб и Брайт-Энджел, а к системам северо-западного направления – Грандвью—Фантом. Большинство землетрясений в регионе происходят в узкой полосе северо-западного направления между системами трещин Меса-Бютт и Западный Кайбаб. Эти события, вероятно, являются результатом миграции на восток растяжения земной коры, которая в конечном итоге может пройти мимо района Гранд-Каньона. Геологический музей Явапай включает в себя трехмерные модели, фотографии и экспонаты, которые позволяют посетителям парка увидеть и понять сложную геологическую историю этого района. Здание музея, историческая обсерватория Явапай (построенная в 1928 году), расположенная в 1,6 км к востоку от Маркет-Плаза, предлагает панорамный вид на каньон. В книжном магазине представлен широкий выбор материалов о местности.

Volcanic activity started in Uinkaret volcanic field (in the western Grand Canyon) about 3 million years ago. Over 150 flows of basaltic lava dammed the Colorado River at least 13 times from 725,000 to 100,000 years ago. The dams typically formed in weeks, were long, high (thicker upstream and thinner downstream) and had volumes of
The longevity of the dams and their ability to hold Colorado River water in large lakes has been debated. In one hypothesis water from the Colorado River backed up behind the dams in large lakes that extended as far as Moab, Utah. Dams were overtopped in short time; those that were high were overtopped by their lakes in 2 to 17 days. At the same time, sediment filled the lakes behind the dams. Sediment would fill a lake behind a 150 feet (46 m) high dam in 10.33 months, filled a lake behind an 1150 feet (351 m) high dam in 345 years, and filled the lake behind the tallest dam in 3000 years. However others have proposed that the lava dams were much more ephemeral and failed catastrophically before overtopping. In this model dams would fail due to fluid flow through fractures in the dams and around dam abutments, through permeable river deposits and alluvium. Since the demise of these dams the Colorado River has carved a maximum of about 160 feet (49 m) into the rocks of the Colorado Plateau This type of mass wasting is the main way the smaller and steeper side canyons transport sediment but it also plays a major role in excavating the larger canyons. An interim conservation measure since 1991 has held maximum flows at per second even though the dam's power plant can handle per second more flow. Controlling river flow by use of dams has diminished the river's ability to scour rocks by substantially reducing the amount of sediment it carries. Grand Canyon lies on the southern end of the Intermountain West seismic belt. At least 35 earthquakes larger than 3.0 on the Richter Scale occurred in the Grand Canyon region in the 20th century. Of these, five registered over 5.0 on the Richter Scale and the largest was a 6.2 quake that occurred in January 1906. Major northeast trending fracture systems of normal faults that intersect the canyon include the West Kaibab and Bright Angel while northwest trending systems include the Grandview—Phantom. Most earthquakes in the region occur in a narrow northwest trending band between the Mesa Butte and West Kaibab fracture systems. These events are probably the result of eastward migrating crustal stretching that may eventually move past the Grand Canyon area. The Yavapai Geology Museum include three dimensional models, photographs, and exhibits which allow park visitors to see and understand the complicated geologic story of the area. The museum building, the historic Yavapai Observation Station (built 1928), located one mile (1.6 km) east of Market Plaza, features expansive canyon views. A bookstore offers a variety of materials about the area.