五大湖構造帯
五大湖構造帯(GLTZ) は、先端がサウスダコタ州に接し、北東に進んでミネソタ州ダルースの南に至り、その後東に進んでウィスコンシン州北部、ミシガン州マルケットを通り、さらに北東方向に進んで湖の最北岸に沿って伸びています。
アルゴマン造山運動は、現在の米国サウスダコタ州からカナダのオンタリオ州サドベリー付近のヒューロン湖地域まで広がる境界に沿った火山活動と大陸衝突によって、スペリオル地域に陸地を追加した。
長さは 1,400 km (870 マイル) で、南側の古い始生代片麻岩地帯と北側の 新しい後期始生代緑色岩-花崗岩地帯を隔てています。
この地域は、アルゴマン造山運動（約27億年前）中の活発な圧縮、引き離す（伸張）テクトニクス（24 億 5000 万年前～ 21 億年前）、ペノケアン造山運動（19 億年前～ 18 億 5000 万年前）中の第 2 回目の圧縮、中期原生代（16 億年前）中の第 2 回目の伸張、および顕生代（過去 5 億年前）中の小規模な再活性化を特徴としています。
衝突はアルゴマン造山運動とともに五大湖構造帯に沿って始まり、数千万年にわたって続いた。五大湖構造帯の形成中、ミネソタ川流域の片麻岩亜区は、スペリオル区の海洋地殻を飲み込みながら、スペリオル区の端まで押し上げられた。ケノーランド超大陸の断片化は24億5000万年前に始まり、 21億年前までに完了した。ワイオミング区は、ケノーランドのスペリオル区南部からリフトして分離し、急速に西に移動して18億5000万年から17億1500万年前にローレンシア超大陸と結合したと仮説されている大陸塊である。五大湖地域でリフトした環境からの堆積物はペノキーアン造山運動まで続き、これが五大湖地域での次の主要な構造イベントである。過去 120 年間に、GLTZ 沿いのミネソタ州、ミシガン州のアッパー半島、サドベリーで 数回の地震が記録されています。
位置
約27億5000万年前に発生したアルゴマン造山運動は、後期始生代に火山活動と大陸衝突によって陸地を増大させ、現在のアメリカ合衆国サウスダコタ州からカナダのオンタリオ州サドベリー地域に至る境界に沿って陸地を増大させました。サウスダコタ州の最西端は西経99度[ 1 ]で、ミネソタ州とサウスダコタ州の境界から約55km（34マイル）離れています。この地殻境界は五大湖構造帯（GLTZ）と呼ばれています。これは1,400 km (870 mi) の長さの古縫合線で、南側の30億年以上前の始生代片麻岩地帯（ミネソタ川流域亜地域）と北側の27億年前の後期始生代緑色岩・花崗岩地帯（スペリオル州ワワ亜地域）を隔てている。 [ 2 ] GLTZの幅は50 km (30 mi) である。[ 3 ]
機構
衝突
ミネソタ川流域（MRV）の片麻岩質亜区がスペリオル地域南端に衝突したことは、始生代末期を特徴づけるゆっくりとした地殻変動のもうひとつの過程であった[ 4 ]。この片麻岩質地帯はもともと東西数百キロメートルにわたって広がっており、将来のスペリオル地域帯というよりはむしろ原大陸に近いものであった[ 4 ] 。衝突した2つの岩体を隔てる境界は五大湖構造帯であり、これは大きく変形した岩石の断層帯である[ 4 ] 。衝突は約27億年前に五大湖構造帯に沿って始まり、数千万年にわたって続いた[ 4 ] 。衝突は西から 斜めに[ 5 ]起こったと解釈されている。
縫合
MRV亜区では、 30億5000万年前と26億年前に、 2つの異なる高度変成作用が起きた。[ 4 ]最初の変成作用はおそらく地塊の形成中に起こり、2番目は縫合中に起こった。[ 4 ]スペリオル区の緑色岩-花崗岩質地塊の成長は、ミネソタ川流域の片麻岩質地塊が玄武岩質のワワ亜区に縫合されたことで終了した。[ 6 ] : 145 閉鎖の最終段階である縫合はサウスダコタ州で始まり、東へと続いた。[ 4 ]
GLTZの形成中、MRV原大陸は、亜地域が南から侵入してきたときにスペリオル地域の海洋地殻を飲み込んだ。 [ 4 ]大陸ブロックが別の大陸ブロックに縫合されるのは、通常、いずれかのブロックの下に沈み込み帯があるためである。[ 4 ]沈み込み帯は、他のブロックに接続された海洋地殻を飲み込む。[ 4 ]海洋地殻が飲み込まれた後、2つのブロックは出会い、沈み込む海洋地殻が付着した大陸ブロックをもう一方のブロックの下に引き込む。[ 4 ]スペリオル地域との衝突中、MRV片麻岩ブロックはスペリオル地域の端まで押し上げられ、その結果、数十キロメートルの幅の衝上断層と、2つのテレーンの境界を定義する剪断帯ができた。 [ 4 ]この帯に沿った構造運動は、2つのテレーンが1つの大陸塊にドッキングしたときに始まり、低圧から中圧の圧力下で変形が起こった原生代初期に最高潮に達しました。[ 7 ]
リフト
縫合後、この地域は数億年間地殻変動的に静穏であった。[ 4 ]アルゴマン山脈が形成され、その後浸食されて堆積物となり、その地域が覆われた。[ 4 ]この始生代超大陸の断片化は、サドベリー付近のホットスポットの下で約24億5千万年前に始まり、約21億年前までに完了した。[ 6 ] : 145 この時期にワイオミング地域はスペリオル地域から離れたと仮定されている。
亀裂の停止
このリフト環境からの堆積パターンは、五大湖地域における次の主要な地殻変動イベントであるペノキーアン造山運動まで継続しました。[ 4 ]ペノキーアン造山運動（18億5000万年前から19億年前）の間、圧縮によってスペリオル湖地域の地層が変形しました。[ 7 ]
ミシガン州マルケット地域のGLTZ
1992年に米国ミシガン州マルケット地域の地質図作成報告書が出版され、10km（6.2マイル）の走向に沿った帯の構造に関する情報が提供されました。[ 5 ]：409GLTZ はマルケットの南にある活発な右横ずれ帯で、マルケットの大きな背斜の下を通過していました。[ 6 ]：147 この出版物は、露出したGLTZで決定された運動学（一貫している）が全長に適用できることを示唆しています。[ 5 ]：409
マルケット地域では、GLTZ は北西方向に走る幅約 2 km (1.2 マイル) の変成岩地帯であり、地殻変動の力学によって押しつぶされています。[ 5 ] : 409 剪断帯の境界はほぼ平行で、N60°W の走向を持ちます。GLTZ内のマイロナイトの葉理構造は、N70°W の走向を持ち、S75°W に傾斜しています。[ 5 ] : 409 マイロナイトの葉理構造の伸張線構造(構造輸送の線) は、S43°E の方向に 42° 傾斜しています。[ 5 ] : 409 Sims-and-Day モデルでは、スペリオル地方のアセンブリでのこの最後の衝突は、ミネソタ川流域亜地域のテレーンがスペリオル地方のテレーンに対して北西方向の構造輸送を行った結果発生しました。[ 5 ] : 410 衝突は斜め方向であったため、境界に沿って右方向のせん断が生じた。 [ 5 ] : 410
岩石の組成
始生代前期の岩石は、一般的に数キロメートルの厚さの細長いドーム状または円形の岩体を形成します。[ 8 ]：3 後期段階の輝緑岩、石英長石の細粒貫入岩（アプライト）および石英長石雲母の粗粒貫入岩（ペグマタイト）の岩脈と岩床が一般的です。 [ 8 ]：3
この地域の始生代後期の結晶質岩体のほとんどは、ミネソタ州北部、ウィスコンシン州北西部、ミシガン州アッパー半島西部の緑色岩-花崗岩地帯の一部です。 [ 8 ] : 8 岩相は通常、片麻岩とミグマタイトです。 [ 8 ] : 8 変成作用と変形の繰り返しにより、広範囲にわたる再結晶化、激しい葉理構造、剪断帯、褶曲が起こりました。 [ 8 ] : 3 ミネソタ州の五大湖構造帯の南、ウィスコンシン州の大陸中部リフト システムの南、ミシガン 州アッパー半島の片麻岩には、東北東から東に伸びる断層があります。[ 8 ] : 1
ミネソタ州
結晶質岩石はミネソタ州で多く見られ、その面積は8,882 km 2 (3,429 mi 2 ) に及び、ウィスコンシン州やミシガン州のアッパー半島よりも広く分布している。[ 8 ] : 4
モンテビデオとモートン片麻岩複合体
最近の放射年代データによると、スペリオル湖地域には34億年前の結晶質岩石複合体が4つあることが示されている。[ 8 ] : 3 最もよく知られているのは、ミネソタ州南西部のミネソタ川渓谷に沿ったモートン片麻岩とモンテビデオ片麻岩[ 9 ]複合体である。[ 8 ] : 3 ミネソタ川渓谷で露出している岩石には、ミグマタイト花崗岩質片麻岩、片理から片麻質の両閃岩、メタガブロ、準片麻岩の複合体がある。 [ 9 ]古代の片麻岩複合体には、より新しく、弱く変形した花崗岩体であるセイクリッドハート花崗岩が侵入している。[ 9 ]
聖心花崗岩体
ミネソタ川流域の一部に分布するセイクリッドハート花崗岩体は、比較的破砕されておらず、葉状構造もほとんどなく、褶曲した変堆積岩への受動的貫入岩である可能性がある。[ 8 ] : 8 これは、MRV片麻岩地帯がスペリオル地域に縫合された後、約26億年前に貫入した、典型的な後期テクトニック中粒ピンク色花崗岩である。 [ 4 ] GLTZ沿いのさらに東側にある同様の貫入岩は、より後の年代を示しており、西から東への閉鎖理論を補強している。[ 4 ]
ウィスコンシン州北部
ウィスコンシン州北西部とミシガン州アッパー半島の後期始生代岩相はセイクリッドハート花崗岩に似ており、片麻岩とミグマタイトで構成されています。[ 8 ] : 8
ウィスコンシン州における18億5000万年前のペノキーン期火成活動は、衝突によって終結した火成活動である。[ 8 ] : 1 ペノキーン期花崗岩の中には、磁性チタン酸化物の低酸素濃度ではなく、磁鉄鉱系列に似た鉄の濃縮を示すものがある。 [ 8 ] : 1 ウィスコンシン州北部とミシガン州アッパー半島のペノキーン期の岩石には、低圧、低温から高温の変成作用の領域が含まれている。[ 8 ] : 3 褶曲と変成作用は南と南東に向かって強度を増し、[ 8 ] : 1 孤立した17億5500万年前の片麻岩[ 2 ] : 342 ウォーターズミートドームを形成し、ミシガン州とウィスコンシン州北東部の境界にまたがっている。[ 8 ] : 3
ミシガン州アッパー半島
ペノケアン造山運動中の圧縮変形により GLTZ が再活性化し、マルケット山脈累層群の堆積物[ 2 ] : 322 の 堆積が起こり、マルケット・トラフの東部の低品位部分の急峻な脆性延性断層に沿って北側が上向きの動きが生じた[ 6 ] : 165 マルケット向斜の西部では、ヒューロニアン後 2,400 万年から 2,100 万年前の花崗岩南部複合体の隆起中に 2 回目の GLTZ 再活性化が発生した[ 6 ] : 165
アッパー半島の北部および南部複合体は、高度に混合岩化され、葉状構造が著しく、縁に向かうにつれて葉状構造の強度が増している。[ 8 ]：8 南部複合体の西部は、褶曲と葉状構造の複雑な段階を示している。[ 8 ]：8 これらの後期始生代の岩石は、マルケットの南に位置し、ミシガン州とウィスコンシン州の境界まで広がる、おおよそ南北に伸びる帯状構造を形成している。[ 8 ]：8
オンタリオ州サドベリー
サドベリー盆地の構造は、始生代スペリオル地域とその上にある前期原生代大陸縁辺堆積物の層との間の侵食境界にあるグレーターサドベリー内に位置しています。[ 10 ] : 1891 [注記1 ] この構造は、角礫岩と変堆積岩で覆われた、ノーライト、ガブロ、 グラノファイアなどの貫入火山岩の分化した層であるサドベリー火成岩複合体で構成されています。[ 10 ] : 1890 下層は、サイズや発生頻度が異なる、塩基性から超塩基性の包有物の塊で構成されています。[ 10 ] : 1891 サドベリーのガブロは、地元のケイ酸塩の比率によって、ガブロとノーライトの間で変化します。[ 11 ]石英黒雲母斑れい岩は中粒から粗粒であり、[ 11 ]クライマックス石英モンゾニ岩は中粒である。[ 11 ]
サドベリー東部の岩石は結晶度の高い角閃石片麻岩で、南東に向かってかなり低い角度で傾斜しているようです。[ 12 ]
サドベリー近郊の東部露出部の古応力解析では、ペノケアン造山運動の間も右横ずれが継続していたことが示されている。[ 6 ]：147
ワイオミング州分離仮説
一般情報
24億8000万年前、ワイオミングクラトンの東端、[ 13 ] : 1 現在のサドベリーの南で、ホットスポット斑れい岩火成活動が発生しました。大陸リフトは、リフト縁の両側に塩基性火成岩が敷設されたことで示されています。 [ 13 ] : 9 21億年前までには、スペリオル地域とワイオミング地域は完全に分離しました。[ 6 ] : 145 およそ21億年前から18億6500万年前まで、ワイオミングクラトンは西方向に漂流し、 18億6500万年前に元の位置から北西に離れたスペリオル地域に接しました。 [ 13 ] : 10
裂ける前に
超大陸ケノーランドの最終的な組み立ては、26億～25億5000万年前までに完了し、ミネソタ川流域亜地域を含む南部スペリオル地域と現在のワイオミング地域の南東部境界は、サドベリー地域から西に約625 km (390 mi)、スペリオル湖のウィスコンシン州とミシガン州の州境まで接していた。[ 13 ] : 8 [注 2 ]ホットスポットは、イーストブルレイク群の南125 km (80 mi)、現在のサドベリーの真下にありました。ブルードロー・メタガブロは、サウスダコタ州ブラックヒルズにあり、サドベリーの西625 km (390 mi)、ワイオミング州の2つの地域の最西端の接点の南150 km (90 mi) に位置していました。
リフト中
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21億7千万年前の、スペリオルクラトンとワイオミングクラトンに影響を与えた貫入イベントは、プルームが西に330km (210マイル) 移動し、スペリオル地域とリフト中のワイオミング地域の間の開口部の中心になったことを示している。[ 13 ] : 8 ワイオミング地域は回転しながら離れており、ブルー・ドロー・メタガブロを支点としていた。ハーランによるこの支点の復元が右に示されている。この時点で、2つの地域はブルー・ドロー・メタガブロの北側の1点でのみ接触しており、その接触点はサドベリーから875km (540マイル)、ミネソタ州ダルースの南西95km (60マイル) にあった。ブルー・ドロー・メタガブロは現在、サドベリーの西935km (580マイル) にあり、スペリオル地域とワイオミング地域の接合部から南に約150km (90マイル) の位置にある。
完全に分離した後
21億2500万年前から20億9000万年前にかけてスペリオルクラトンとワイオミングクラトンに影響を与えた苦鉄質マグマ活動は、ホットスポットがサドベリーから西に500km（310マイル）移動し、両地域がリフトによって100km（60マイル）離れていることを示している。[ 13 ] : 8 両 クラトン間の最短距離は、サウスダコタ州中東部のサドベリーから1150km（710マイル）の距離である。ブルードロー・メタガブロは現在、サドベリーから西に950km（590マイル）、スペリオルクラトンの南端から南に200km（120マイル）の位置にある。
裏付けとなる証拠
裂ける前に
塩基性岩脈と岩床の群は大陸リフトの典型であり、超大陸の分裂の時期を推定するのに使用できます。[ 13 ]：2 2,475〜2,445百万年前のマタチェワン-ハースト塩基性岩脈群と2,490〜2,475百万年前のイーストブルレイク層状塩基性貫入岩の貫入は、ケノーランド分裂の始まりの時期にオンタリオ州サドベリー付近を中心とする、古原生代初期、マントルホットスポットによって引き起こされたリフトを示していると解釈されています。[ 13 ] : 2 放射年代測定によると、ワイオミング州のブルードローメタガブロは24億8000万年前にリフト運動を起こしており、サドベリー地域で250 km（160マイル）の長さの苦鉄質層状貫入岩の帯が形成された時期と一致しています。[ 13 ] : 9
サウスダコタ州南西部のブラックヒルズ北部には、26億年から25億6000万年前の先カンブリア時代の結晶質コアであるブルードローメタガブロがあり、厚さ1km（0.62マイル）の層状の岩床となっている。[ 13 ]：1 オンタリオ州サドベリー近郊のスペリオル州南部にあるイーストブルレイク貫入岩体は、スペリオルクラトンとワイオミングクラトンがロスコーとカード（1993）が提唱したケノーランド構成に復元された場合、ブルードローメタガブロと空間的に一列に並ぶ。[ 13 ]：2 これらの層状の塩基性貫入岩は、同様の厚さと年代であり、リフトベルトに沿って発生している。[ 13 ]：1
ワイオミングクラトン中央部から得られた最近の古地磁気および地質年代学的データは、ヒューロニアン（オンタリオ州南部）とスノーウィーパス（ワイオミング州南東部）のスーパーグループが21億7000万年前には互いに隣接しており、24億5000万年前から21億年前の間に単一の堆積性リフト盆地として進化した可能性があるという仮説を支持している。[ 13 ]：2 これらのヒューロニアンおよびスノーウィーパスの堆積性岩石は類似しており、それぞれ24億5000万年前から21億年前のエピクラトンリフトと、それに続く21億年前から18億年前の受動的堆積性縁辺部を持っている。[ 13 ]：2
リフト中
南東部スペリオル地方の大部分は、サドベリーから北東に伸びた、面積30万km2（12万mi2 ）を超える21億7200万年から21億6700万年前のビスコタシング輝緑岩群によって二分されている。[ 13 ]：9 ワイオミング州南中央部には、ウィンドリバー山脈の21億7000±800万年前の石英閃緑岩の岩脈がある。[ 13 ]：9
完全に分離した後
21億年前までに、ワイオミングクラトンは南部スペリオル地方から完全に分離したと考えられており、これはスペリオル地方のすぐ南、MRVの東を中心とした20億7600万年から20億6700万年前のホットスポットの発生と一致しています。[ 13 ] : 2 21億2500万年から21億100万年前のマラソン岩脈と20億7700万年から20億7600万年前のフォートフランシス岩脈は、どちらも五大湖構造帯の北にある現在のスペリオル地方にあり、この時期のリフト運動と一致しています。[ 13 ] : 9
地震
ミネソタ州は、ミネソタ州、ウィスコンシン州、ミシガン州のアッパー半島、オンタリオ州南部の地域で、地震が最も活発な州です。過去120年間にミネソタ州で数回の地震が記録されており、[ 15 ]少なくとも6回は五大湖構造帯で発生しています。[ 16 ]震源地は州の地殻構造と明確な関係があり、4つの震源地は五大湖構造帯に沿っています。[ 15 ]深さは5～20km（3～12マイル）と推定されています。[ 15 ]最もよく記録されている地震は、1975年7月9日にミネソタ州モリス近郊で発生したもので、マグニチュード4.6、震源域は4つの州にまたがる82,000km2 （32,000マイル2 ）でした。[ 15 ]
ウィスコンシン州ではGLTZ沿いで地震は発生していないが[ 17 ]、ミシガン州アッパー半島ではGLTZ付近で4回の地震が発生している（ネガウニー、ニューベリー、スーセントマリーで2回[ 18 ]）。また、サドベリー地域では3回の地震が発生している。[ 19 ]
注記
- ^元のURLでは論文全体がPDF形式で表示されていました。GoogleにURLを入力しても機能しないようです。URL=ftp:// geo.igemi.troisk.ru/archive/Geophysics/geo2000/geo65n06/geo6506r18901899.pdf
- ^ワイオミング州のセクションにおける距離の測定値は、本稿の原著者が以下の3つの資料を用いて算出したものです。1 .オンタリオ州イーストブル湖、アグニュー湖、リバーバレーにおけるパレオプロテローゾイック・イーストブル湖貫入岩群プルトンの地質学ガイドブック。[ 14 ] 4ページに縮尺付きの地図があります。2 .ダール参考文献の8ページに掲載されている地図上のランドマークと縮尺を使用し、 3. Mapquest。原著者は縮尺、地図、定規を用いて概算値を算出しました。測定値に示されている地理的位置（サドベリー、ダルース、ウィスコンシンなど）は現在の場所です。
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