Введение
Геология Гималаев – это летопись самых впечатляющих и заметных образований огромного горного массива, сформированного силами тектонических плит и отточенного выветриванием и эрозией. Гималаи, протянувшиеся на 2400 км между синтаксисом Намча-Барва на восточном конце хребта и синтаксисом Нанга-Парбат на западном конце, являются результатом продолжающейся орогенеза – столкновения континентальной коры двух тектонических плит, а именно, надвигания Индийской плиты на Евразийскую плиту. Гималайский Тибет снабжает пресной водой более одной пятой населения земного шара и формирует четверть глобального осадочного бюджета. В топографическом отношении пояс характеризуется множеством рекордов: самая высокая скорость поднятия (почти 10 мм/год на Нанга-Парбат), наибольшая абсолютная высота (8848 м на горе Эверест-Чомолангма), одни из самых высоких скоростей эрозии – 2–12 мм/год, исток некоторых из крупнейших рек и самая высокая концентрация ледников за пределами полярных областей. Эта особенность и дала Гималаям их название, происходящее от санскритского слова, означающего «обитель снега». С юга на север Гималаи (гималайский ороген) разделены на 4 параллельные тектоностратиграфические зоны и 5 сбросо-надвиговые разломы, протягивающиеся вдоль всего гималайского орогена. Каждая зона, ограниченная разломами с севера и юга, имеет стратиграфию (тип пород и их слоистость), отличную от соседних зон. С юга на север зоны и основные разломы, их разделяющие, следующие: Главный фронтальный сброс (МФС), Субгималайская зона (также называемая Сивалик), Главный граничный сброс (ГГС), Малый Гималай (далее подразделяемый на Малую Гималайскую осадочную зону (МГОЗ) и Малые Гималайские кристаллические чехлы (МГКЧ)), Главный центральный сброс (ГЦС), Высшие (или Большие) гималайские кристаллические массивы (ВГКМ), Южная Тибетская зона отслоения (ЮТЗО), Тибетский Гималай (ТГ) и Индо-Цангповая зона сшивания (ИЦЗС). К северу от этого располагается Трансгималай в Тибете, который не входит в состав Гималаев. Гималаи граничат с Индо-Гангской равниной на юге, горами Памир на западе в Центральной Азии и горами Хенгдуань на востоке, на границе Китая и Мьянмы. С востока на запад Гималаи делятся на 3 региона: Восточные Гималаи, Центральные Гималаи и Западные Гималаи, которые в совокупности охватывают территории нескольких стран и штатов.
The geology of the Himalayas is a record of the most dramatic and visible creations of the immense mountain range formed by plate tectonic forces and sculpted by weathering and erosion. The Himalayas, which stretch over 2400 km between the Namcha Barwa syntaxis at the eastern end of the mountain range and the Nanga Parbat syntaxis at the western end, are the result of an ongoing orogeny — the collision of the continental crust of two tectonic plates, namely, the Indian Plate thrusting into the Eurasian Plate. The Himalaya Tibet region supplies fresh water for more than one fifth of the world population, and accounts for a quarter of the global sedimentary budget. Topographically, the belt has many superlatives: the highest rate of uplift (nearly 10 mm/year at Nanga Parbat), the highest relief (8848 m at Mt. Everest Chomolangma), among the highest erosion rates at 2–12 mm/yr, the source of some of the greatest rivers and the highest concentration of glaciers outside of the polar regions. This last feature earned the Himalaya its name, originating from the Sanskrit for "the abode of the snow". From south to north the Himalaya (Himalaya orogen) is divided into 4 parallel tectonostratigraphic zones and 5 thrust faults which extend across the length of Himalaya orogen. Each zone, flanked by the thrust faults on its north and south, has stratigraphy (type of rocks and their layering) different from the adjacent zones. From south to north, the zones and the major faults separating them are the Main Frontal Thrust (MFT), Subhimalaya Zone (also called Sivalik), Main Boundary Thrust (MBT), Lesser Himalaya (further subdivided into the "Lesser Himalayan Sedimentary Zone (LHSZ) and the Lesser Himalayan Crystalline Nappes (LHCN)), Main Central thrust (MCT), Higher (or Greater) Himalayan crystallines (HHC), South Tibetan detachment system (STD), Tethys Himalaya (TH), and the Indus‐Tsangpo Suture Zone (ISZ). North of this lies the transhimalaya in Tibet which is outside the Himalayas. Himalaya has Indo Gangetic Plain in south, Pamir Mountains in west in Central Asia, and Hengduan Mountains in east on China–Myanmar border. From east to west the Himalayas are divided into 3 regions, Eastern Himalaya, Central Himalaya, and Western Himalaya, which collectively house several nations and states.
Как возникли Гималаи
В позднем докембрии и палеозое индийский субконтинент, ограниченный на севере киммерийскими супертерранами, являлся частью Гондваны и был отделен от Евразии океаном Палеотетис (рис. 1). В этот период северная часть Индии испытала влияние поздней фазы панафриканской орогенезии, характеризующейся несоответствием между ордовикскими континентальными конгломератами и подстилающими кембрийскими морскими отложениями. Многочисленные гранитные интрузии, датируемые возрастом около 500 млн лет, также связаны с этим событием. В раннем карбоне начался этап рифтинга между индийским субконтинентом и киммерийскими супертерранами. В раннем пермском периоде этот рифт преобразовался в океан Неотетис (рис. 2). С тех пор киммерийские супертерраны начали удаляться от Гондваны в северном направлении. В настоящее время Иран, Афганистан и Тибет частично сложены этими терранами. В норианском веке (210 млн лет назад) произошел крупный эпизод рифтинга, разделивший Гондвану на две части. Индийский континент стал частью Восточной Гондваны вместе с Австралией и Антарктидой. Однако разделение Восточной и Западной Гондваны, а также формирование океанической коры, произошло позднее, в калловском веке (160–155 млн лет назад). Индийская плита откололась от Австралии и Антарктиды в раннем меловом периоде (130–125 млн лет назад) с образованием "Южного Индийского океана" (рис. 3). В позднем меловом периоде (84 млн лет назад) индийская плита начала очень быстрое дрейфовать на север, преодолев расстояние около 6000 км, при этом продолжалась субдукция океан-океанической плиты до окончательного закрытия океанического бассейна и нагнетания океанического офиолита на Индию, а также начала континентально-континентального тектонического взаимодействия примерно 65 млн лет назад в Центральном Гималае. Изменение относительной скорости между Индийской и Азиатской плитами с очень высокой (18–19,5 см/год) до высокой (4,5 см/год) около 55 млн лет назад является косвенным подтверждением столкновения. С тех пор произошло около 2500 км укорочения коры и вращение Индии на 45° против часовой стрелки в северо-западной части Гималаев и на 10–15° против часовой стрелки в североисточном Непале относительно Азии (рис. 4). В то время как большая часть океанической коры "просто" субдуцировала под Тибетский блок во время движения Индии на север, предложено как минимум три основных механизма, либо по отдельности, либо в комбинации, для объяснения судьбы 2500 км "исчезнувшей континентальной коры" после столкновения. Первый механизм также предполагает субдукцию индийской континентальной коры под Тибет. Второй – механизм экструзии или тектоники "ускользания", рассматривающий индийскую плиту как клиновидный элемент, вытесняющий Индокитайский блок. Третий предлагаемый механизм заключается в том, что значительная часть (~1000 км или ~800–~1200 км) из 2500 км укорочения коры была компенсирована надвигами и складчатостью осадочных пород пассивной индийской окраины вместе с деформацией тибетской коры. Хотя вполне разумно предположить, что это огромное укорочение коры, вероятно, является результатом комбинации этих трех механизмов, именно последний механизм создал высокий топографический рельеф Гималаев. Гималайская тектоника приводит к долгосрочной деформации, включая укорочение поперек Гималаев в диапазоне от 900 до 1500 км. Это укорочение является продуктом значительной продолжающейся сейсмической активности. Продолжающаяся конвергенция Индийской плиты с Евразийской плитой приводит к возникновению мегаземлетрясений, которые могут достигать магнитуды более 8 и вызывать серьезные разрушения инфраструктуры. Средний разлом в коре Гималаев является ключевой геологической особенностью в истории как долгосрочных, так и краткосрочных сейсмических процессов, связанных с деформацией и укорочением. За последние 15 млн лет разлом постепенно смещался на юг из-за дуплексирования, аккреции и тектонического подрезания. Продолжающееся активное столкновение Индийской и Евразийской континентальных плит ставит под сомнение одну из гипотез о движении плит, основанную на субдукции.
Основные тектонические подразделения Гималаев
Одним из самых заметных аспектов Гималайского орогена является латеральная протяженность его основных тектонических элементов. Гималаи традиционно подразделяются на четыре тектонические единицы, которые можно проследить более чем на 2400 км вдоль всего пояса (рис. 5 и рис. 7).
Суб-Гималаи (Churia Hills или Sivaliks) тектоническая плита
В более древней литературе субгималайская тектоническая плита иногда упоминается как цис-гималайская тектоническая плита. Она формирует южные предгорья Гималаев и в основном состоит из миоценовых – плейстоценовых молассических отложений, образовавшихся в результате эрозии Гималаев. Эти отложения молассы, известные как "Формации Мюрри и Сивалик", имеют внутреннюю складчатость и наслоение. Субгималайский хребет надвинут вдоль Главного фронтального разлома на четвертичные аллювиальные отложения, принесенные реками, берущими начало в Гималаях (Ганг, Инд, Брахмапутра и другие), что свидетельствует о продолжающейся высокой тектонической активности Гималаев.
Малая гималайская тектоническая плита (LH)
Тектоническая плита Малого Гималая (МГ) в основном сложена детритными осадочными породами верхнего протерозоя – нижнего кембрия, образовавшимися на пассивном индийском континентальном крае, с прослоями гранитов и кислотных вулканитов (1840 ±70 млн лет назад). Эти осадочные породы надвинуты на предгорную полосу Субгималаев вдоль Главного Обрывного Разлома (MBT). Малый Гималай часто обнажается в тектонических окнах (Кештвара, Ларджи-Кулу-Рампур) в пределах Кристаллического Комплекса Высокого Гималая.
Центральная гималайская долина (CHD) или высокогорная гималайская тектоническая плита
Центральный Гималайский домен формирует основу Гималайского орогена и включает в себя районы с наибольшей высотной разницей (самые высокие пики). Обычно его разделяют на четыре зоны.
Высокая гималайская кристаллическая последовательность (HHCS)
В литературе существует около 30 различных названий для описания этой единицы; наиболее часто встречающиеся эквиваленты – «Большая гималайская последовательность», «Тибетская плита» и «Высокогималайский кристаллический комплекс». Это метаморфическая последовательность мощностью 30 км, состоящая из метаседиментарных пород средней и высокой степени метаморфизма, в различных местах прорываемая гранитами ордовикского (около 500 млн лет назад) и раннемиоценового (около 22 млн лет назад) возраста. Хотя большинство метаосадочных пород HHCS относятся к позднему протерозою – раннему кембрию, в ряде областей встречаются и более молодые метаосадочные образования, например, мезозой в синклине Танди (Непал) и долине Варван (Киштваре, Кашмир), пермские в «разломе Цхульдо», ордовикские – карбониферские в «районе Сарчу» на трассе Лех-Манали. В настоящее время общепринято считать, что метаседименты HHCS являются метаморфическими эквивалентами осадочных серий, составляющих основание вышележащего «Гималая Тетиса». HHCS формирует крупную надвиговую пластину, надвинутую на Малый Гималай вдоль «Главного центрального разлома» (MCT).
Тетис Гималаи (TH)
Тетис-Гималаи – это синклинорий шириной около 100 км, образованный сильно складчатыми и наслоенными, слабо метаморфизированными осадочными сериями. В пределах этой единицы также описано несколько надвигов, называемых «Северными гималайскими надвигами». В осадочных породах ТГ сохранилась почти полная стратиграфическая летопись, охватывающая период от верхнего протерозоя до эоцена. Стратиграфический анализ этих осадков предоставляет важные сведения об геологической истории северной континентальной окраины Индийского субконтинента, начиная с его гондванской эволюции и заканчивая континентальным столкновением с Евразией. Переход между обычно низкометаморфизированными осадочными породами «Тетис-Гималаев» и лежащей в основании низко- и высокометаморфизированной породой «Высокой гималайской кристаллической последовательности» обычно постепенный. Однако во многих местах вдоль Гималайского пояса эта переходная зона отмечена крупной структурой – «Центральной гималайской системой отрыва», также известной как «Южно-Тибетская система отрыва» или «Северный гималайский нормальный сброс», которая демонстрирует признаки как растяжения, так и сжатия. См. раздел «Продолжающиеся геологические исследования» ниже.
Нималинг-Цо Морари Метаморфный купол (NTMD)
"Нималинг Цо Морари Метаморфный купол" в регионе Ладакх, где "Тетис-Гималайский синклинорий" постепенно переходит на север в крупный купол, сложенный метаморфическими породами от зеленосланцевых до эклогитовых. Подобно HHCS, эти метаморфические породы являются метаморфическим эквивалентом осадочных пород, формирующих основание Тетис-Гималаев. В "докембрийскую формацию Фе" здесь внедрены несколько ордовикских (около 480 млн лет назад) гранитов.
Единицы Ламайуру и Маркха (ЕДМ)
Ламайурский и Мархский блоки сложены флишем и олистолитами, отложенными в турбидитных условиях на северной части индийского континентального склона и в сопредельном бассейне Неотетиса. Возраст этих отложений варьируется от поздней перми до эоцена.
Экхумация метаморфных пород
Метаморфические породы Гималаев могут быть очень полезны для дешифровки и построения моделей тектонических взаимосвязей. Согласно Кону (2014), эксгумация метаморфических пород может быть объяснена Главным гималайским сбросом. Хотя механизм надвижения метаморфических пород более высокой степени метаморфизма на породы более низкой степени метаморфизма все еще активно обсуждается, Кохн полагает, что это связано с длительными периодами транспортировки пород более высокой степени метаморфизма по Главному гималайскому сбросу. По сути, чем дольше высокометаморфические породы находились в контакте со сбросом, тем дальше они были транспортированы. Эксгумация эклогитов и гранулитов может быть объяснена несколькими различными моделями. Первая модель предполагает разрыв плиты, при котором нижняя плита отрывается в мантию, что приводит к значительному подъему коры. Вторая модель утверждает, что породы достигли определенной глубины субдукции, а затем были вынуждены подняться обратно по каналу субдукции из-за нехватки места. Третья модель утверждает, что толстая континентальная кора Индии усугубила проблему с местом и вызвала угловое течение этих пород обратно вверх по каналу. Четвертая модель предполагает транспортировку пород вдоль Главного гималайского сброса.
Сейсмическая активность
Современная скорость сходимости между Индийской и Евразийской плитами составляет примерно 17 мм/год. Эта сходимость реализуется посредством сейсмической активности в активных зонах разломов. В результате Гималайский регион является одним из наиболее сейсмически активных регионов мира. За последние 100 лет в этом регионе произошло множество землетрясений с высокой магнитудой, включая землетрясение в Кангра 1905 года, землетрясение в Киннауре 1975 года, землетрясение в Уттаркаши 1991 года и землетрясение в Чамоли 1999 года, все из которых были зафиксированы с магнитудой равной или превышающей Mw 6,6. Недавнее исследование (Parija et al, 2021) было направлено на количественную оценку передачи кулоновского напряжения в Западных Гималаях. Передача кулоновского напряжения используется для оценки того, как землетрясения высвобождают напряжение, выявляя области, подверженные увеличению напряжения, и области, где напряжение снизилось. Это исследование и подобные ему важны для понимания текущего состояния зон разломов в регионе, а также их потенциала для будущих разрывов.