gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2012-3-4-0080gtcrust-171Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSСКОРОСТНАЯ СТРУКТУРА ВЕРХНЕЙ МАНТИИ И РЕГИОНАЛЬНАЯ ГЛУБИННАЯ ТЕРМОДИНАМИКА БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫTHE VELOCITY STRUCTURE OF THE UPPER MANTLE AND REGIONAL DEEP THERMODYNAMICS OF THE BAIKAL RIFT ZONEПоспеевАлександр ВалентиновичPospeevAlexander V.

докт. геол.мин. наук,

664009, Иркутск, ул. Красноярская, 31/1, 1й подъезд, оф. 501

Doctor of Geology and Mineralogy,

Office 501, Block 1, 31/1 Krasnoyarskaya street, Irkutsk 664009

avp@ierp.ruЗАО «Восточный геофизический трест»РоссияCJSC Eastern Geophysical TrustRussian Federation20120210201534377383Copyright © Поспеев А.В., 20152015Поспеев А.В.Pospeev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/171

Рассмотрены геолого-геофизические аспекты «астеносферного» варианта интерпретации слоя «аномальной» мантии, выделяемого в Байкальской рифтовой зоне глубинными сейсмическими зондированиями. Анализ геоэлектрической модели, реологические оценки, данные региональной геотермии и глубинной петрологии показывают, что интерпретация феномена «аномальной» мантии должна проводиться в рамках твердофазовых моделей. Показано, что реальная глубина кровли астеносферы в этом регионе составляет минимум 60–70 км, а температура на кровле мантии – 600–900°С. Вероятнее всего, снижение скорости в слое «аномальной» мантии связано с наличием высокотемпературной шпинель-пироксеновой фации мантии.

The article is aimed at discussion of geological and geophysical aspects of the ‘asthenospheric’ interpretation of the ‘anomalous’ mantle layer that is revealed in the Baikal rift zone by deep seismic sounding (DSS) methods. Based on the analysis of the geoelectrical model, estimations of rheological properties, regional geothermal and deep petrological data, it is concluded that the ‘anomalous’ mantle phenomenon should be interpreted within the framework of solid-phase models. It is shown that the actual minimum depth to the top of the asthenosphere is about 60–70 km in the region under study, and temperatures at the surface of the Earth’s mantle varies from 600 to 900 °С. It is most probable that velocities are reduced in the ‘anomalous’ mantle layer due to the presence of hightemperature spinel-pyroxene facies of the mantle rocks.

«аномальная» мантиягеоэлектрическая модельглубинные геотермыфации мантийных пород‘anomalous’ mantlegeoelectric modeldeep geothermal curvesfacies of the mantle rocksReferencesBelyaevsky N.A. (Ed.), 1970. Rift System of the Earth. Mir, Moscow, 279 p. (in Russian) [Система рифтов Земли / Под ред. Н.А. Беляевского. М.: Мир, 1970. 279 с.].Belyaevsky N.A. (Ed.), 1970. Rift System of the Earth. Mir, Moscow, 279 p. (in Russian) [Система рифтов Земли / Под ред. Н.А. Беляевского. М.: Мир, 1970. 279 с.].Beresnev A.F., Gainanov A.G., Kovylin V.M., Stroev P.A., 1970. The structure of the Earth’s crust and the upper mantle of the Sea of Japan and the Pacific zone adjacent to Japan. In: Problems of the Earth's crust and upper mantle structure. Issue 7. Nauka, Moscow, p. 50–61 (in Russian) [Береснев А.Ф., Гайнанов А.Г., Ковылин В.М., Строев П.А. Строение земной коры и верхней мантии Японского моря и прилегающей к Японии зоны Тихого океана // Проблемы строения земной коры и верхней мантии. № 7. М.: Наука, 1970. С. 50–61].Beresnev A.F., Gainanov A.G., Kovylin V.M., Stroev P.A., 1970. The structure of the Earth’s crust and the upper mantle of the Sea of Japan and the Pacific zone adjacent to Japan. In: Problems of the Earth's crust and upper mantle structure. Issue 7. Nauka, Moscow, p. 50–61 (in Russian) [Береснев А.Ф., Гайнанов А.Г., Ковылин В.М., Строев П.А. Строение земной коры и верхней мантии Японского моря и прилегающей к Японии зоны Тихого океана // Проблемы строения земной коры и верхней мантии. № 7. М.: Наука, 1970. С. 50–61].Cook K.L., 1962. The problem of mantlecrust mix: lateral inhomogenity in the uppermost part of the Earth’s mantle. In: H.E. Landsberg, J. Van Mieghem (Eds.), Advances in geophysics, V. 9, p. 295–360. http://dx.doi.org/10.1016/S00652687(08) 605324.Cook K.L., 1962. The problem of mantlecrust mix: lateral inhomogenity in the uppermost part of the Earth’s mantle. In: H.E. Landsberg, J. Van Mieghem (Eds.), Advances in geophysics, V. 9, p. 295–360. http://dx.doi.org/10.1016/S00652687(08) 605324.Dobretsov N.L., 1981. Global Petrological Processes. Nedra, Moscow, 223 p. (in Russian) [Добрецов Н.Л. Глобальные петрологические процессы. М.: Недра, 1981. 223 с.].Dobretsov N.L., 1981. Global Petrological Processes. Nedra, Moscow, 223 p. (in Russian) [Добрецов Н.Л. Глобальные петрологические процессы. М.: Недра, 1981. 223 с.].Dobretsov N.L., Ashchepkov I.V., 1991. Composition and evolution of the upper mantle in rift zones (as exemplified by the Baikal rift zone). Geologiya i geofizika 1, 5–13 (in Russian) [Добрецов Н.Л., Ащепков И.В. Состав и эволюция верхней мантии в рифтовых зонах (на примере Байкальской рифтовой зоны) // Геология и геофизика. 1991. № 1. С. 5–13].Dobretsov N.L., Ashchepkov I.V., 1991. Composition and evolution of the upper mantle in rift zones (as exemplified by the Baikal rift zone). Geologiya i geofizika 1, 5–13 (in Russian) [Добрецов Н.Л., Ащепков И.В. Состав и эволюция верхней мантии в рифтовых зонах (на примере Байкальской рифтовой зоны) // Геология и геофизика. 1991. № 1. С. 5–13].EUGEMI Working Group, 1990. The European geotraverse seismic refraction experiment of 1986 from Genova, Italy, to Kiel, Germany. Tectonophysics 176 (1–2), 43–57. http://dx.doi.org/10.1016/00401951(90)90258A.EUGEMI Working Group, 1990. The European geotraverse seismic refraction experiment of 1986 from Genova, Italy, to Kiel, Germany. Tectonophysics 176 (1–2), 43–57. http://dx.doi.org/10.1016/00401951(90)90258A.Golubev V.A., 2007. Conductive and Convective Heat Loss in the Baikal Rift Zone. Geo, Novosibirsk, 218 p. (in Russian) [Голубев В.А. Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2007. 218 с.].Golubev V.A., 2007. Conductive and Convective Heat Loss in the Baikal Rift Zone. Geo, Novosibirsk, 218 p. (in Russian) [Голубев В.А. Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2007. 218 с.].Gordienko V.V., Tal’Virsky B.B. (Eds.), 1990. Tectonosphere of Central Asia and Southern Kazakhstan. Nuakova Dumka, Kiev, 232 p. (in Russian) [Тектоносфера Средней Азии и Южного Казахстана / Отв. ред. В.В. Гордиенко, Б.Б. Таль-Вирский. Киев: Наукова Думка, 1990. 232 с.].Gordienko V.V., Tal’Virsky B.B. (Eds.), 1990. Tectonosphere of Central Asia and Southern Kazakhstan. Nuakova Dumka, Kiev, 232 p. (in Russian) [Тектоносфера Средней Азии и Южного Казахстана / Отв. ред. В.В. Гордиенко, Б.Б. Таль-Вирский. Киев: Наукова Думка, 1990. 232 с.].Hyndman R.D., Vanyan L.L., Marquis G., Law L.K., 1993. The origin of electrically conductive lower continental crust: saline water or graphite? Physics of the Earth and Planetary Interiors 81 (1–4), 325–345. http://dx.doi.org/10.1016/00319201(93)90139Z.Hyndman R.D., Vanyan L.L., Marquis G., Law L.K., 1993. The origin of electrically conductive lower continental crust: saline water or graphite? Physics of the Earth and Planetary Interiors 81 (1–4), 325–345. http://dx.doi.org/10.1016/00319201(93)90139Z.Krylov S.V., Mandel’baum M.M., Mishen’kin B.P., Mishen'kina Z.R., Petrik G.V., Seleznev B.S., 1981. The Baikal Interior (from Seismic Data). Nauka, Novosibirsk, 105 p. (in Russian) [Крылов С.В., Мандельбаум М.М., Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Селезнев B.C. Недра Байкала (по сейсмическим данным). Новосибирск: Наука, 1981. 105 с.].Krylov S.V., Mandel’baum M.M., Mishen’kin B.P., Mishen'kina Z.R., Petrik G.V., Seleznev B.S., 1981. The Baikal Interior (from Seismic Data). Nauka, Novosibirsk, 105 p. (in Russian) [Крылов С.В., Мандельбаум М.М., Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Селезнев B.C. Недра Байкала (по сейсмическим данным). Новосибирск: Наука, 1981. 105 с.].Kuzminykh Yu.V., 1991. Geoelectric structure of Transbaikalia according to the magnetotelluric sounding data. In: Abstracts of IV AllUnion Congress on geomagnetism. Vladimir-Suzdal, p. 138–139 (in Russian) [Кузьминых Ю.В. Геоэлектрическое строение Забайкалья по данным магнитотеллурических зондироваинй (МТЗ) // IV Всесоюзный съезд по геомагнетизму: Тезисы докладов. Владимир-Суздаль, 1991. С. 138–139].Kuzminykh Yu.V., 1991. Geoelectric structure of Transbaikalia according to the magnetotelluric sounding data. In: Abstracts of IV AllUnion Congress on geomagnetism. Vladimir-Suzdal, p. 138–139 (in Russian) [Кузьминых Ю.В. Геоэлектрическое строение Забайкалья по данным магнитотеллурических зондироваинй (МТЗ) // IV Всесоюзный съезд по геомагнетизму: Тезисы докладов. Владимир-Суздаль, 1991. С. 138–139].Lysak S.V., 1988. Heat flow of continental rift zones. Nauka, Novosibirsk, 200 p. (in Russian) [Тепловой поток континентальных рифтовых зон. Новосибирск: Наука, 1988. 200 с.].Lysak S.V., 1988. Heat flow of continental rift zones. Nauka, Novosibirsk, 200 p. (in Russian) [Тепловой поток континентальных рифтовых зон. Новосибирск: Наука, 1988. 200 с.].Mats V.D., Ufimtsev G.F., Mandel’baum M.M., Alakshin A.M., Pospeev A.V., Shimaraev M.N., Khlystov O.M., 2001. The Baikal Rift Basin in the Cenozoic. The Structure and Geological History. Publishing House of SB RAS, GEO Branch, Novosibirsk, 252 p. (in Russian) [Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Шимараев М.Н., Хлыстов О.М. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины. Строение и геологическая история. Новосибирск: Издательство СО РАН, филиал «Гео», 2001. 252 с.].Mats V.D., Ufimtsev G.F., Mandel’baum M.M., Alakshin A.M., Pospeev A.V., Shimaraev M.N., Khlystov O.M., 2001. The Baikal Rift Basin in the Cenozoic. The Structure and Geological History. Publishing House of SB RAS, GEO Branch, Novosibirsk, 252 p. (in Russian) [Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Шимараев М.Н., Хлыстов О.М. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины. Строение и геологическая история. Новосибирск: Издательство СО РАН, филиал «Гео», 2001. 252 с.].Perchuk L.L., Vaganov V.I., 1978. The nature of kimberlites in Yakutia. In: Problems of petrology of the Earth’s crust and upper mantle. Nauka, Novosibirsk, p. 27–28 (in Russian) [Перчук Л.Л., Ваганов В.И. Природа кимберлитов Якутии // Проблемы петрологии земной коры и верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1978. С. 27–28].Perchuk L.L., Vaganov V.I., 1978. The nature of kimberlites in Yakutia. In: Problems of petrology of the Earth’s crust and upper mantle. Nauka, Novosibirsk, p. 27–28 (in Russian) [Перчук Л.Л., Ваганов В.И. Природа кимберлитов Якутии // Проблемы петрологии земной коры и верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1978. С. 27–28].Pollack H.N., Chapman D.S., 1977. On the regional variation of heat flow, geotherms, and lithospheric thickness. Tectonophysics 38 (3–4), 279–296. http://dx.doi.org/10.1016/00401951(77)902153.Pollack H.N., Chapman D.S., 1977. On the regional variation of heat flow, geotherms, and lithospheric thickness. Tectonophysics 38 (3–4), 279–296. http://dx.doi.org/10.1016/00401951(77)902153.Popov A.M., Kiselev A.I., Lepina S.V., 1991. Magnetotelluric studies in the Pribaikalie, the deep structure and mechanism of rifting. Geologiya i geofizika 4, 106–116 (in Russian) [Попов А.М., Киселев А.И., Лепина С.В. Магнитотеллурические исследования в Прибайкалье, глубинное строение и механизм рифтогенеза // Геология и геофизика. 1991. № 4. С. 106–116].Popov A.M., Kiselev A.I., Lepina S.V., 1991. Magnetotelluric studies in the Pribaikalie, the deep structure and mechanism of rifting. Geologiya i geofizika 4, 106–116 (in Russian) [Попов А.М., Киселев А.И., Лепина С.В. Магнитотеллурические исследования в Прибайкалье, глубинное строение и механизм рифтогенеза // Геология и геофизика. 1991. № 4. С. 106–116].Pospeev A.V., 1988. Electrical conductivity of the Earth's crust and mantle of the western part of the BaikalAmur region. In: The Asthenosphere Revealed by Geophysical Methods. Nuakova Dumka, Kiev, p. 34–44 (in Russian) [Поспеев А.В. Электропроводность земной коры и мантии западной части Байкало-Амурского региона // Астеносфера по комплексу геофизических методов. Киев: Наукова Думка, 1988. С. 34–44].Pospeev A.V., 1988. Electrical conductivity of the Earth's crust and mantle of the western part of the BaikalAmur region. In: The Asthenosphere Revealed by Geophysical Methods. Nuakova Dumka, Kiev, p. 34–44 (in Russian) [Поспеев А.В. Электропроводность земной коры и мантии западной части Байкало-Амурского региона // Астеносфера по комплексу геофизических методов. Киев: Наукова Думка, 1988. С. 34–44].Rasskazov S.V., 1993. Magmatism of the Baikal Rift System. Nauka, Novosibirsk, 288 p. (in Russian) [Рассказов С.В. Магматизм Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: Наука, 1993. 288 с.].Rasskazov S.V., 1993. Magmatism of the Baikal Rift System. Nauka, Novosibirsk, 288 p. (in Russian) [Рассказов С.В. Магматизм Байкальской рифтовой системы. Новосибирск: Наука, 1993. 288 с.].Ringwood A.E., 1975. Composition and Petrology of the Earth's Mantle. McGrawHill Inc., New York, 672 p.Ringwood A.E., 1975. Composition and Petrology of the Earth's Mantle. McGrawHill Inc., New York, 672 p.Rogozhina V.A., Kozhevnikov V.M. 1979. The Area of the Anomalous Mantle under the Baikal Rift. Nauka, Novosibirsk, 104 p. (in Russian) [Рогожина В.А., Кожевников В.М. Область аномальной мантии под Байкальским рифтом. Новосибирск: Наука, 1979. 104 с.].Rogozhina V.A., Kozhevnikov V.M. 1979. The Area of the Anomalous Mantle under the Baikal Rift. Nauka, Novosibirsk, 104 p. (in Russian) [Рогожина В.А., Кожевников В.М. Область аномальной мантии под Байкальским рифтом. Новосибирск: Наука, 1979. 104 с.].Vanyan L.L., 1981. On models of deep electric conductivity (review). Izvestiya AN SSSR, ser. Fizika Zemli 5, 57–66 (in Russian) [Ваньян Л.Л. О моделях глубинной электропроводности (обзор) // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1981. № 5. С. 57–66].Vanyan L.L., 1981. On models of deep electric conductivity (review). Izvestiya AN SSSR, ser. Fizika Zemli 5, 57–66 (in Russian) [Ваньян Л.Л. О моделях глубинной электропроводности (обзор) // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1981. № 5. С. 57–66].Zonenshain L.P., Kovalev A.A. (Eds.), 1974. New Global Tectonics. Mir, Moscow, 471 p. (in Russian) [Новая глобальная тектоника / Под ред. Л.П. Зоненшайна, А.А. Ковалева. М.: Мир, 1974. 471 с.].Zonenshain L.P., Kovalev A.A. (Eds.), 1974. New Global Tectonics. Mir, Moscow, 471 p. (in Russian) [Новая глобальная тектоника / Под ред. Л.П. Зоненшайна, А.А. Ковалева. М.: Мир, 1974. 471 с.].Zorin Yu.A., 1971. The Newest Structure and Isostasy of the Baikal Rift Zone and Adjacent Areas. Nauka, Moscow, 168 p. (in Russian) [Зорин Ю.А. Новейшая структура и изостазия Байкальской рифтовой зоны и сопредельных территорий. М.: Наука, 1971. 168 с.].Zorin Yu.A., 1971. The Newest Structure and Isostasy of the Baikal Rift Zone and Adjacent Areas. Nauka, Moscow, 168 p. (in Russian) [Зорин Ю.А. Новейшая структура и изостазия Байкальской рифтовой зоны и сопредельных территорий. М.: Наука, 1971. 168 с.].Zorin Yu.A., Osokina S.V., 1984. Model of the transient temperature field of the Baikal rift lithosphere. Tectonophysics 103 (1–4), 193–204. http://dx.doi.org/10.1016/00401951(84)900830.Zorin Yu.A., Osokina S.V., 1984. Model of the transient temperature field of the Baikal rift lithosphere. Tectonophysics 103 (1–4), 193–204. http://dx.doi.org/10.1016/00401951(84)900830.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.