ルイス・オーバースラスト

ルイス・オーバースラストは、ロッキー山脈の地質学的逆断層構造で、米国モンタナ州のグレイシャー国立公園とカナダのアルバータ州のウォータートン・レイクス国立公園に隣接しています。この構造は、約 5,900 万年から 7,500 万年前にプレートが衝突して、数マイルの厚さの先カンブリア時代の岩石が 50 マイル (80 km) 東に押し出され、13 億年から 14 億年若い、より柔らかい白亜紀の岩石の上に覆い被さったために形成されました。

デコルマンは、マリアス峠からサミット山とリトルドッグ山のほぼ中間地点にある、薄い黄褐色の岩の線として見ることができます。

カナダのロッキー山脈前地逆断層および褶曲帯は、中原生代、古生代、中生代の地層からなる北東方向に先細りの変形帯である。ルイス逆断層シートは、前地逆断層および褶曲帯の主要構造の1つであり、カナダ南東部コルディリェラ山脈のカルガリー近郊のキッド山から、米国モンタナ州北西部グレートフォールズの西に位置するスチームボート山まで、280マイル（450 km）にわたって広がっている。^{[1] [2]ルイス逆断層は、}アンデス山脈やヒマラヤ山脈など、世界の他の地域で起こっている地質学的プロセスに関する科学的洞察を提供している。

コルディレラ造山運動は、パンゲア大陸の分裂と北米プレートの西縁の沈み込み帯への移動の結果として、中期ジュラ紀に始まりました。 ^[3]今日のカナダ・コルディレラの大部分は、東と北に漂流した島弧が北米大陸のリソスフェアと衝突した結果として、ジュラ紀から前期第三紀にかけて北米の安定縁に付加された多数の構造地層学的テレーンで構成されています。 ^{[4]これらのテレーンは、北米クラトンの下に沈み込んだより密度の高い下部地殻と原太平洋}上部マントルリソスフェアから上部地殻の岩石が剥離したために付加されました。^[5]異地性の上部地殻地帯は、相互に連結した北東と南西に隣接する主要な逆断層系に沿って、北アメリカクラトンの西縁に重なり合って並置されていました。^[5]

ロッキー山脈の褶曲および断層帯の変形は、北アメリカクラトンの西端で発生した衝突による地殻変動によって始まった。この断層および褶曲帯はカナダ山脈の東で隆起し、中期ジュラ紀から前期始新世の間に、西カナダ堆積盆地に堆積した中期原生代から前期新生代の堆積岩の東に細くなるくさび形の内部で形成された。^[6]大きな不整合が、北アメリカの始生代から古原生代の結晶質地殻と堆積層を隔てている。^[6]この逆断層と褶曲帯は、断層断層の配列が示すように薄皮の形状をしており、この断層は走向に沿って交互に重なり合い、低から中程度の角度で地層を横切り、深度とともに平坦になり、逆断層シートから逆断層シートにかけて同じカンブリア紀から三畳紀の地層を繰り返し、共通の基底デコルマン、ロッキー山脈基底デコルマンに統合されます。^[7]ロッキー山脈の逆断層と褶曲帯は西から東に広がり、カナダとアメリカの国境近くで最大120マイル（200 km）、ブリティッシュコロンビア州とモンタナ州の北部で約43マイル（70 km）の水平短縮を収容しています。褶曲と逆断層帯の東の境界は、露頭または地下で知られている最も東の変形した地層によって示されています。アルバータ平原の下にある地層は緩やかに傾斜しているため、このベルトのこの側で変形の端を正確に特定することは困難です。西側では、ロッキー山脈はロッキー山脈溝によって区切られており、この溝は、南ロッキー山脈とパーセル山脈を隔てる主要な正断層の西側の下降ブロックの上にあると解釈されています。^[6]

地殻収束によりデタッチメント断層の上にある薄皮堆積物が水平方向に短縮すると、この水平方向の短縮に対応する必要があり、大きな変位を伴う主要な逆断層の形成によってそれが実現しました。その最大のものがルイス逆断層です。カナダのロッキー山脈前地逆断層および褶曲帯に含まれる逆断層シートは、時間の経過とともに大幅に変形したことを示すさまざまな年代の地層で構成されています。変形帯の支配的な構造は、一連の逆断層で、そのほとんどはリストリックで北東または東に傾斜しています。これらの逆断層は、ランプで区切られた長い層理平行デタッチメントに沿っています。その結果、関連する断層デタッチメントに沿って、一連の上部逆断層シートが生成されます。さらに、西に傾斜する基底デタッチメントがあり、中部地殻レベルでコルディレラ変成岩コアにまで伸びています。異なる堆積環境からの地層は、後期ジュラ紀から暁新世にかけてのプレートの収束の間に、下にある北アメリカクラトンから削り取られ、上にある山間地帯に付加されたと考えられています^。研究と現代の年代測定により、東向きの衝上運動の伝播は、相対的な地殻静止によって区切られた 4 つの異なる波で起こったことがわかっています。40 Ar/ ³⁹ Ar 年代測定は、これらの波が後期ジュラ紀 (163-146 Ma)、中期白亜紀 (103-99 Ma)、後期白亜紀 (76-68 Ma)、後期暁新世から前期始新世 (57-51 Ma) に起こったことを示し、それぞれ >40 Ma、>20 Ma、>10 Ma の静止期間で区切られています。^[6]

ロッキー山脈は、8000万年前から5500万年前の白亜紀後期から暁新世初期にかけて、クラプレートとファラロンプレートが北米大陸の下に沈み込んだ結果生じたララミデ造山運動の間に隆起した。^{[8]さらに、南}カナダのロッキー山脈の前面から採取した逆断層岩の直接年代測定から得られた最初の放射年代測定により、「ランドルパルス」と「マコーネルパルス」と呼ばれる2つの異なる変形エピソードが特定された。^[6]これらのパルスは、それぞれ72 Maと52 Maに発生したと年代測定され、解釈されている。^[6]

ルイス断層は、先カンブリア時代の堆積物がより新しい白亜紀の堆積物の上に押し付けられた低角度の逆断層です。^[9]逆断層シートは、両側の横方向の傾斜によって制限されています。南部では、モンタナ州マリアスパス付近で発生し、傾斜の形状はシートの移動方向と平行です。^[9]北部では、逆断層シートは、ブリティッシュコロンビア州のクートニーパス地域付近の斜めの傾斜を越えて押し上げられます。北東方向に移動する逆断層シートの全体的な形状は、前地に向かって一般的に凸型です。^[9]

ルイスシートは、圧縮と衝上断層（カナダのロッキー山脈南部の丘陵地帯とイースタンフロント山脈）がインターモンタネ地帯と北アメリカクラトンの間の斜めの右手収束と関連していたルイス逆断層によって運ばれています。後期白亜紀のこのトランスプレッションにより、ルイスシートが座屈して褶曲し始めたため、コルディレラミオジオクラインとベルトパーセル盆地の構造反転が起こり、その後、地層がひっくり返されて断層または断層が形成されました。これには、コリラミオジオクラインを構成する厚い古生代岩石の連続とその下のネオプロテローゾイック岩石が結晶質基盤から分離し、堆積した受動的縁辺ランプを上って移動し、北アメリカクラトンの平坦な表面に並置されて、カナダロッキー山脈のメイン山脈を定義する構造的頂点を形成しました。^{[8]同様に、ベルト・パーセル層群を構成する中原生代の厚い地層の連続も、パーセル}背斜層の南端に見られる構造的頂点につながる同じ一連の出来事をたどった。^[8]

ルイス衝上断層は、フラットヘッド断層とロッキー山脈海溝断層という2つの主要な伸張性断層系によって切断されている。どちらも後期始新世から中新世のものである。^[5]しかし、ロッキー山脈海溝断層系とフラットヘッド断層はルイス衝上断層の下盤と上盤の切断に位置的な影響を与えないため、衝上断層で発生した短縮の量は始新世の伸張とは関係がない。^[5]代わりに、このトランスプレッションは、東西の地殻伸張と地殻上昇を伴う前期始新世のトランステンションに置き換えられ、これにより中部地殻の変成岩が地表に持ち上げられて露出した。さらに、このトランスプレッションからトランステンションへの移行により、変成岩コア複合体が上昇して地表にもたらされるにつれて急速に冷却された。ブリティッシュコロンビア州北東部と南西部の大陸内横ずれ断層の右方向のトランステンションは、中期始新世の中部地殻変成岩コア複合体の伸張的露出で最高潮に達した。これにより基底デコルマンが露出し、南北断層、岩脈の配置、および大量の火成活動と関連し、地殻短縮の停止をもたらした。^[7]古気温と地熱勾配から、ルイス断層シートは断層運動開始時に 7.5～8.4 マイル (12～13.5 km) の厚さであったことがわかる。^[6]

逆断層は、重なり合う扇状構造、ランプフラット構造、およびデュプレックス構造の 3 種類の構造を伴うことが多く、これらはすべてルイス逆断層とロッキー山脈逆断層および褶曲帯で見られます。デュプレックス構造は一般的であり、ルイス逆断層に沿った多くの場所で確認されています。これらの構造は、構造的に重なり合う、レンズ状の積み重なった逆断層スライスによって特徴付けられます。主な例は、国境の北にあるクートニー峠からモンタナ州にあるマリアス峠まで広がる地域で見られます。このセクションでは、中期原生代ベルトの基部でもあるパーセル累層群の基部近くのかなり薄い地層間隔で、一連の層理平行デタッチメント層準に続くルイス逆断層を示しています。^[10]このセクションの2 つのウィンドウは、ルイス逆断層の下で露出している上部白亜紀の地層の露出を示しており、フラットヘッド断層に隣接して発生しています。これらの窓の中で、ルイス衝上断層は、突出部の西側の長さに沿って伸びる一連の北西方向の背斜隆起部で、上層および下層の地層とともに褶曲している。^[10]さらに、このセクションでは2つの異なる構造レベルが見られる。上層は、比較的変形していない岩石の広く開いた褶曲が特徴的なルイス衝上断層シートの大部分を占め、下層はルイス衝上断層、上層はトゥームストーン衝上断層と呼ばれる別の層理平行衝上断層に囲まれた、南西向きのS字形の衝上断層スライスが積み重なって構成されるかなり薄い下層である。^[10]これらの隆起部は次第に積み重なり、ルイス衝上断層に沿った圧縮に関連する地殻の大幅な横方向の短縮を収容する。この二重構造の非常によく似た別のセクションは、南西アルバータ州のウォータートンレイクス地域の別の露頭で見られる。^[10]窓に見られる二重構造に加えて、ルイス断層には、モンタナ州のチーフ山とアルバータ州のクロウズネスト山に位置する上部プレートの東端（クリッペ）の孤立した残骸も見られます。長年にわたる浸食により、山々は特徴的な形に形成され、周囲の草原にそびえ立っています。

ルイス断層の断層運動は、約6500万年前とされる下盤の最も新しい堆積物によって定義される最も古い運動年代に基づいて年代測定されている。ジルコンやアパタイトなどのウラン含有鉱物の核分裂飛跡分析では、ウランの同位体比を使用してルイス断層沿いの堆積物で見つかった放射性ウランの年代を測定することにより、ルイスシートの変形前後期の古地温勾配と厚さに関する制約が得られる。^[11]このデータは、地質年代に調整された後、ルイス断層における最大の埋没と加熱は、断層シートの動きが始まる前の1500万年未満の期間にわたるカンパニアン期に発生したという結論に至った。アパタイトの核分裂トラックデータは、埋没と加熱が止まり、移動と露出が始まると、古気温が高温から低温に急激に変化し、それに伴うウラン濃度の変化を示しており、これは、ベルト・パーセル累層群の中原生代地層のルイス逆断層に沿った変位が約7500万年前までに始まっていたことを示している。^{[11] [7]}これは、モンタナ州の逆断層沿いのさらに南の場所によって裏付けられており、そこでは前縁の断層が7600万年前の火山マーカーを切断しており、断層の動きが7600万年前より新しいことを証明している。^[7]

断層に沿った最も新しい運動、つまり衝上断層運動の終了は、始新世初期の堆積物の地層学的および構造的特徴に基づいており、衝上断層を切断した正断層の年代と、これらの正断層内に見られる関連堆積物によって制限されます。さらに、発生して露出した変成核複合体の冷却は、圧縮から伸張への構造遷移と一致する冷却年代を提供するため、ジルコン中の放射性ウランを使用して行われた、衝上断層帯の変形の終了を示すと言われています。ブリティッシュコロンビア州中南部のさまざまな変形および横断する中部地殻花崗岩からのジルコンのU-Pb年代測定により、59 Maの冷却年代が得られました。さらに、衝上運動と褶曲運動から地殻伸張運動への移行により、プリーストリバー変成岩コア複合体の急速な冷却が起こり、黒雲母に見つかった冷却年代は、K-Ar法と⁴⁰ Ar/ ³⁹ Ar法による年代測定で55 Ma超という値を示した。^[12]さらに、モンタナ州で火山マーカーを切った同じ断層は、59 Maの斑岩岩脈によっても切られていることがわかった。^[7]これにより、動きが発生した最も若い年代は59 Maに限定される。断層に沿った最も古い動きと最も新しい動きの年代を合わせると、ルイス衝上断層の全体的な動きは、75 Maから59 Maの間の後期白亜紀から前期暁新世の約15 Maにわたって発生したことになる。

古気温は、ルイス断層沿いの上部ジュラ紀～下部白亜紀層の堆積岩に含まれるビトリナイト粒子の表面から反射される入射光の割合を測定することにより、ビトリナイト反射率から導き出されました。結果、変形前の古地温勾配は、石炭化ピーク時および最高気温時の 18～22 °C/km と比較して、<30～11 °C/km の範囲でした。これらの結果は、ルイス断層シートの連続体の上に、少なくとも 3 km の追加の白亜紀後期の地層が重なっていたことを示し、8 km の厚さの連続体から、断層運動前のルイス断層シートの厚さはおよそ 12～13.5 km であったことがわかります。

地震解析という地球物理学的手法も、断層シートに沿った動きを判定するために使用されています。ある研究では、北緯 49 度 (カナダと米国の国境) に沿って記録された地震データが、前地ベルトのロッキー山脈海溝断層から、ルイス断層が細くなる場所であると考えられるパーセル背斜のモイ背斜の東側斜面まで記録されました。生成された地震データから、ルイス断層シートの総変位量が 115 km であることが示されました。^[5]これは、ルイスシートの下盤切断の位置を特定することによって行われました。これは、地震断面では、パーセル背斜の下、基盤反射面の上にある深さ 11～15 km の切断された反射面として解釈されています。^[5]プロファイルに沿って東に 75 km のところには、ウォータートン地域のルイス断層が露出しており、上盤の最も変位した部分に直接つながっています。^[9]下盤カットオフと地球表面の断層露出との間の距離を測定することで、ルイス逆断層シートの全移動量が決定された。結果は、ルイス断層に沿った逆断層シートの直接移動が75kmあり、下盤ドメインデュプレックスの形成によりさらに40km移動したことを示した。^[5]この研究では、ルイス逆断層シートが草原に沿ってさらに東に移動し、浸食された可能性があることを考慮していなかったが、以前の掘削孔、地図上の構造、測定された地層、および既存の地質および地震データとの優れた結びつきを可能にしたため、データは高品質であることが証明された。^[5]この研究は以前の研究を補強するものであり、以前に収集されたデータと非常に一致していた。^[5]さらに、この地震データは、ロッキー山脈海溝の西側と東側の反射面が直接つながっており、同じ地層単位に相関しているため、伸張の点でも重要であり、伸張を復元することができ、伸張前と伸張後の差によって約10kmの伸張距離が計算されました。^[5]

逆断層運動がどのように発生したか、またこの運動が周囲の地質にどのような影響を与えたかについては議論があります。より具体的には、逆断層運動が連続的であったか、または運動がより固着滑り型の動きによるものであったかを判断する試みは、いまだ結論が出ていません。しかし、マリアス峠のルイス断層、ヤムナスカ山のマッコーネル断層、ウィンターリングクリークのコールマン断層、その他いくつかの断層から得られた異常に高いビトリナイト反射率は、逆断層運動中に 350～650 °C の温度が発生したことを示しています。さらに、これらの高いビトリナイト反射率は、断層帯に隣接した、または断層帯内の非常に狭い部分に限られていました。これは、高温がかなり短命であったことを示しています。したがって、高温は固着滑り断層運動中の摩擦熱の結果であると解釈されます。断層帯内の局所的な高温の証拠は、摩擦応力の局所的な領域が存在したに違いないことを示しており、これは断層面の傾斜によって生じた可能性があり、そこでは高い間隙水圧が排水された可能性がある。さらに、断層面のすぐ近くで採取された上盤のサンプルには、堆積物が徐々に埋没する間に加熱された証拠は見られない。断層運動中に加熱された証拠がないことは、摩擦応力が低く、したがって滑り速度が低いことを示している。^[13]これは、脈動的に発達し動き始めたと解釈されているルイス断層シートを含む、カナダのロッキー山脈前地の断層および褶曲帯の進化と完全に一致している。^[6]

• 「地質学フィールドノート: モンタナ州グレイシャー国立公園」。国立公園局自然科学。2006 年 3 月 1 日のオリジナルからアーカイブ。2006年 4 月 25 日閲覧。