Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЕРИОД ПОДЪЕМА ПЛЮМА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ В ЛИТОСФЕРЕ КОНТИНЕНТА И ПРИ ЕГО ПРОРЫВЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ

https://doi.org/10.5800/GT-2020-11-2-0482

Полный текст:

Аннотация

Рассматриваются мантийные термохимические плюмы промежуточной тепловой мощности (1.15<Ka<1.9). На основе имеющихся данных лабораторного моделирования плюмов представлена структура течения в расплаве канала плюма, поднявшегося от границы ядро – мантия к подошве континентальной литосферы. Движение кровли плюма вверх в литосфере происходит вследствие плавления вещества литосферы на кровле плюма и силового воздействия сверхлитостатического давления на кровлю. Воздействие сверхлитостатического давления вызывает движение в массиве литосферы над кровлей плюма, которое проявляется поднятием дневной поверхности над плюмом. По мере выплавления плюма в литосфере высота поднятия возрастает до того момента, когда плюм достигает уровня xкр, на котором образуется канал излияния.

Представлены зависимости скорости подъема (выплавления) плюма uпл и скорости подъема шарообразной кровли плюма U под воздействием сверхлитостатического давления от глубины расположения кровли. Получены зависимости скорости подъема поверхности над плюмом и максимальной высоты подъема от динамической вязкости массива литосферы над кровлей плюма. Представлена высота поднятия поверхности, образующегося под действием плюма, поднимающегося в литосфере, для различных моментов времени t при различной вязкости литосферы.

Представлены результаты экспериментального моделирования структуры течения в области сопряжения канала плюма и канала излияния. Получены фотографии картин течения в плоскости, проходящей через оси модельных канала плюма и канала излияния, и в том случае, когда плоскость светового ножа перпендикулярна осевой плоскости. С использованием этих фотографий найдены скорости течения в канале плюма и канале излияния, определены соответствующие числа Рейнольдса и режимы течения. Для плюмов промежуточной мощности найдено отношение динамического давления расплава в канале излияния к динамическому давлению в канале плюма. Получено соотношение, определяющее скорость течения в канале излияния в зависимости от сверхлитостатического давления в расплаве у кровли плюма, диаметра канала плюма и кинематической вязкости расплава. Определена скорость течения расплава в канале излияния для различных кинематических вязкостей расплава.

Об авторах

А. Г. Кирдяшкин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
Россия
АНАТОЛИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ КИРДЯШКИН
докт. техн. наук, в.н.с.
630090, г. Новосибирск, пр­т ак. Коптюга, 3


А. А. Кирдяшкин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
Россия
АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ КИРДЯШКИН
докт. геол.­мин. наук, профессор РАН, зав. лабораторией
630090, г. Новосибирск, пр­т ак. Коптюга, 3


В. Э. Дистанов
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
Россия
ВАЛЕРИЙ ЭЛИМИРОВИЧ ДИСТАНОВ
канд. геол.­мин. наук, с.н.с.
630090, г. Новосибирск, пр­т ак. Коптюга, 3


И. Н. Гладков
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
Россия
ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ ГЛАДКОВ
н.с.
630090, г. Новосибирск, пр­т ак. Коптюга, 3


Список литературы

1. Atikinson E., Pryde R., 2006. Seismic Investigation of Selected Kimberlite Pipes in the Buffalo Head Hills Kimberlite Field, North-Central Alberta. Alberta Energy and Utilities Board, EUB/AGS Special Report 079, 1 p.

2. Burov E., Guillou-Frottier L., 2005. The Plume HeadContinental Lithosphere Interaction Using a Tectonically Realistic Formulation for the Lithosphere. Geophysical Journal International 161, 469–490. https://doi.org/10.1111/ j.1365-246X.2005.02588.x.

3. Camp V.E., Ross M.E., 2004. Mantle Dynamics and Genesis of Mafic Magmatism in the Intermontane Pacific Northwest. Journal of Geophysical Research 109 (B8), B08204. https:// doi.org/10.1029/2003JB002838.

4. Chalapathi Rao N.V., Lehmann B., 2011. Kimberlites, Flood Basalts and Mantle Plumes: New Insights from the Deccan Large Igneous Province. Earth-Science Reviews 107 (3–4), 315–324. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2011. 04.003.

5. Condie K.C., 2016. Earth as an Evolving Planetary System. Elsevier, Amsterdam, 418 p. https://doi.org/10.1016/C20 15-0-00179-4.

6. Davaille A., Limare A., Touitou F., Kumagai I., Vatteville J., 2011. Anatomy of a Laminar Starting Thermal Plume at High Prandtl Number. Experiments in Fluids 50 (2), 285– 300. https://doi.org/10.1007/s00348-010-0924-y.

7. Davaille A., Vatteville J., 2005. On the Transient Nature of Mantle Plumes. Geophysical Research Letters 32 (14), L14309. https://doi.org/10.1029/2005GL023029.

8. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., 2001. Deep-Level Geodynamics. Siberian Branch of RAS Publishing House, Geo Branch, Novosibirsk, 408 p. (in Russian) [Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Глубинная геодинамика. Новосибирск: Изд­во СО РАН, филиал «ГЕО», 2001. 408 с.].

9. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N., 2008. Modelling of Thermochemical Plumes and Implications for the Origin of the Siberian Traps. Lithos 100 (1–4), 66–92. https://doi.org/10.1016/j. lithos.2007.06.025.

10. Farnetani C.G., Richards M.A., 1994. Numerical Investigations of the Mantle Plume Initiation Model for Flood Basalt Events. Journal of Geophysical Research 99 (B7), 13813–13833. https://doi.org/10.1029/94JB00649.

11. Field M., Stiefenhofer J., Robey J., Kurszlaukis S., 2008. Kimberlite-Hosted Diamond Deposits of Southern Africa: A Review. Ore Geology Reviews 34 (1–2), 33–75. https:// doi.org/10.1016/j.oregeorev.2007.11.002.

12. Gladkov I.N., Distanov V.E., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2012. Stability of a Melt/Solid Interface with Reference to a Plume Channel. Fluid Dynamics 47 (4), 433– 447. https://doi.org/10.1134/S0015462812040023.

13. Griffiths R.W., Campbell I.H., 1990. Stirring and Structure in Mantle Starting Plumes. Earth and Planetary Science Letters 99 (1–2), 66–78. https://doi.org/10.1016/0012-821X(90)90071-5.

14. Guillou L., Jaupart C., 1995. On the Effects of Continents on Mantle Convection. Journal of Geophysical Research 100 (B12), 24217–24238. https://doi.org/10.1029/95JB02518.

15. Guillou-Frottier L., Burov E., Nehlig P., Wyns R., 2007. Deciphering Plume–Lithosphere Interactions beneath Europe from Topographic Signatures // Global and Planetary Change 58 (1–4), 119–140. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2006.10.003.

16. Haggerty S.E., 2011. Kimberlites, Supercontinents and Deep Earth Dynamics: Mid-Proterozoic India in Rodinia. In: J. Ray, G. Sen, B. Ghosh (Eds), Topics in Igneous Petrology. Springer, Dordrecht, p. 421–435. https://doi.org/10.1007/978-90-481-9600-5_16.

17. Herzberg C., Zhang J., 1996. Melting Experiments on Anhydrous Peridotite Klb-1: Compositions of Magmas in the Upper Mantle and Transition Zone. Journal of Geophysical Research 101 (B4), 8271 – 8275. https://doi.org/10.1029/96JB00170.

18. Hofmeister A.M., 1999. Mantle Values of Thermal Conductivity and the Geotherm from Phonon Lifetimes. Science 283 (5408), 1699–1706. https://doi.org/10.1126/science.283.5408.1699.

19. Jelsma H., Barnett W., Richards S., Lister G., 2009. Tectonic Setting of Kimberlites. Lithos 112S, 155–165. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.06.030.

20. Kennedy C.S., Kennedy G.C., 1976. The Equilibrium Boundary between Graphite and Diamond // Journal of Geophysical Research 81 (14), 2467–2470. https://doi.org/10.1029/JB081i014p02467.

21. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2004. Thermochemical Plumes. Russian Geology and Geophysics 45 (9), 1005–1024.

22. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2009. Heat Transfer between a Thermochemical Plume Channel and the Surrounding Mantle in the Presence of Horizontal Mantle Flow. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 45 (8), 684– 700. https://doi.org/10.1134/S1069351309080084.

23. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2013. Interaction of a Thermochemical Plume with Free Convection Mantle Flows and Its Influence on Mantle Melting and Recrystallization. Russian Geology and Geophysics 54, 544–554. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.04.006.

24. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2016. On Thermochemical Mantle Plumes with an Intermediate Thermal Power That Erupt on the Earth’s Surface. Geotectonics 50 (2), 209–222. https://doi.org/10.1134/S0016852116020059.

25. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Surkov N.V., 2006. Thermal Gravitational Convection in the Asthenosphere beneath a Mid-Ocean Ridge and Stability of Main Mantle-Derived Parageneses. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 47 (1), 76–94.

26. Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., 2015. Mantle Thermochemical Plumes and Their Influence on the Formation of Highlands. Geotectonics 49 (4), 332–341. https://doi.org/10.1134/S0016852115040032.

27. Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., 2016. Parameters of Plumes of North Asia. Russian Geology and Geophysics 57 (11), 1535–1550. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.10.002.

28. Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., Distanov V.E., Gladkov I.N., 2019. Experimental and Theoretical Modeling of Diamondiferous Plumes. Geodynamics & Tectonophysics 10 (2), 247–263 (in Russian) [Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А., Дистанов В.Э., Гладков И.Н. Экспериментальное и теоретическое моделирование алмазоносных плюмов. Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 2. С. 247– 263]. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-2-0413.

29. Lenardic A., Guillou-Frottier L., Mareschal J.-C., Jaupart C., Moresi L.-N., Kaula W.M., 2000. What the Mantle Sees: The Effects of Continents on Mantle Heat Flow. In: M.A. Richards, R.G. Gordon, R.D. van der Hilst (Eds), AGU Geophysical Monograph. Vol. 121. The History and Dynamics of Global Plate Motions. American Geophysical Union, p. 95–112. https://doi.org/10.1029/GM121p0095.

30. Li X., Kind R., Priestley K., Sobolev S.V., Tilmann F., Yuan X., Weber M., 2000. Mapping the Hawaiian Plume Conduit with Converted Seismic Waves. Nature 405, 938–941. https://doi.org/10.1038/35016054.

31. Lin S.-C., van Keken P.E., 2006. Dynamics of Thermochemical Plumes: 1. Plume Formation and Entrainment of a Dense Layer. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 7 (2), Q02006. https://doi.org/10.1029/2005GC001071.

32. Maruyama S., Yuen D.A., Windley B.F., 2007. Dynamics of Plumes and Superplumes through Time. In: D.A. Yuen, S. Maruyama, S.-I. Karato, B.F. Windley (Eds), Superplumes: Beyond Plate Tectonics. Springer, Dordrecht, p. 441–502. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5750-2_15.

33. Mitchell R.H., 1986. Kimberlites: Mineralogy, Geochemistry, and Petrology. Plenum Press, New York, 442 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-0568-0.

34. Montelli R., Nolet G., Dahlen F.A., Masters G., 2006. A Catalogue of Deep Mantle Plumes: New Results from FiniteFrequency Tomography. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 7 (11), Q11007. https://doi.org/10.1029/2006 GC001248.

35. Nakagawa T., Tackley P.J., 2004. Thermo-Chemical Structure in the Mantle Arising from a Three-Component Convective System and Implications for Geochemistry. Physics of the Earth and Planetary Interiors 146 (1–2), 125–138. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.05.006.

36. Nolet G., Karato S.-I., Montelli R., 2006. Plume Fluxes from Seismic Tomography. Earth and Planetary Science Letters 248, 685–699. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.06.011.

37. Olson P., Singer H., 1985. Creeping Plumes. Journal of Fluid Mechanics 158, 511–531. https://doi.org/10.1017/S0022112085002749.

38. Perchuk L.L., Kushiro I., 1985. Experimental Study of the System Alkali Basalt-Water up to Pressure 20 Kbar in Respect of Estimation of H2O Content in the Original Magmas beneath the Island Arcs. Geologicky Zbornik–Geologica Carpathica 36 (3), 359–368. Puchkov V.N., 2016. Relationship between Plume and Plate Tectonics. Geotectonics 50, 425–438. https://doi.org/ 10.1134/S0016852116040075.

39. Rudnick R.L., Gao S., 2003. Composition of the Continental Crust. In: H.D. Holland, K.K. Turekian (Eds), Treatise on Geochemistry. Vol. 3. The Crust. Elsevier, Amsterdam, p. 1–64. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/03016-4.

40. Schlichting H., 1975. Boundary-layer theory. McGrawHill, New York, 817 p. Şengör A.M.C., 2001. Elevation as Indicator of MantlePlume Activity. In: R.E. Ernst, K.L. Buchan (Eds), GSA Special Papers. Vol. 352. Mantle Plumes: Their Identification through Time. Geological Society of America, p. 183–225. https://doi.org/10.1130/0-8137-2352-3.183.

41. Sparks R.S.J., 2013. Kimberlite Volcanism. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 41, 497–528. https://doi.org/10.1146/annurev-earth-042711-105252.

42. Sparks R.S.J., Baker L., Brown R.J., Field M., Schumacher J., Stripp G., Walters A., 2006. Dynamical Constraints on Kimberlite Volcanism. Journal of Volcanology and Geothermal Research 155 (1-2), 18–48. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2006.02.010.

43. Spera F.J., 1984. Carbon Dioxide in Petrogenesis III: Role of Volatiles in the Ascent of Alkaline Magma with Special Reference to Xenolith-Bearing Mafic Lavas. Contributions to Mineralogy and Petrology 88 (3), 217–232. https://doi.org/10.1007/BF00380167.

44. Starostin V.I., Dergachev A.L., Seminskiy Zh.V., 2002. Structures of Ore Fields and Deposits. Moscow State University Publishing House, 352 p. (in Russian) [Старостин В.И., Дергачев А.Л., Семинский Ж.В. Структуры рудных полей и месторождений. М.: Изд­во МГУ, 2002. 352 с].

45. Surkov N.V., 2003. Lerzolite Paleogeotherm. In: A.D. Savko, N.N. Zinchuk (Eds), Problems of Forecasting, Exploration and Study of Mineral Deposits into the 21st Century. Voronezh State University Publishing House, Voronezh, p. 430– 433 (in Russian) [Сурков Н.В. Лерцолитовая палеогеотерма // Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века / А.Д. Савко, Н.Н. Зинчук (ред.). Воронеж: Издво Воронеж. гос. ун­та, 2003. С. 430–433].

46. Tan E., Gurnis M., 2007. Compressible Thermochemical Convection and Application to Lower Mantle Structures. Journal of Geophysical Research 112 (B6), B06304. https://doi.org/10.1029/2006JB004505.

47. Tappe S., Smart K., Torsvik T., Massuyeau M., de Wit M., 2018. Geodynamics of Kimberlites on a Cooling Earth: Clues to Plate Tectonic Evolution and Deep Volatile Cycles. Earth and Planetary Science Letters 484, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.12.013.

48. Torsvik T.H., Burke K., Steinberger B., Webb S.J., Ashwal L.D., 2010. Diamonds Sampled by Plumes from the Core– Mantle Boundary. Nature 466, 352–357. https://doi.org/10.1038/nature09216.

49. Trubitsyn V.P., 2010. Thermochemical Convection in the Mantle with Oceanic Crust Recirculation. Izvestiya, Physics of Solid Earth 46 (11), 922–930. https://doi.org/10.1134/S1069351310110029.

50. Walzer U., Hendel R., Baumgardner J., 2004. The Effects of a Variation of the Radial Viscosity Profile on Mantle Evolution. Tectonophysics. 384 (1–4), 55–90. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2004.02.012.

51. White S.H., de Boorder H., Smith C.B., 1995. Structural Controls of Kimberlite and Lamproite Emplacement. Journal of Geochemical Exploration 53 (1–3), 245–264. https://doi.org/10.1016/0375-6742(94)00033-8.

52. Zhao D., 2004. Global Tomographic Images of Mantle Plumes and Subducting Slabs: Insight into Deep Earth Dynamics. Physics of the Earth and Planetary Interiors 146, 3–34. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2003.07.032.

53. Zhao D., 2007. Seismic Images under 60 Hotspots: Search for Mantle Plumes. Gondwana Research 12, 335–355. https://doi.org/10.1016/j.gr.2007.03.001.


Для цитирования:


Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А., Дистанов В.Э., Гладков И.Н. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЕРИОД ПОДЪЕМА ПЛЮМА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ В ЛИТОСФЕРЕ КОНТИНЕНТА И ПРИ ЕГО ПРОРЫВЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ. Геодинамика и тектонофизика. 2020;11(2):397-416. https://doi.org/10.5800/GT-2020-11-2-0482

For citation:


Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., Distanov V.E., Gladkov I.N. GEODYNAMIC PROCESSES DURING ASCENT OF A PLUME WITH INTERMEDIATE THERMAL POWER THROUGH THE CONTINENTAL LITHOSPHERE AND DURING ITS ERUPTION ON THE SURFACE. Geodynamics & Tectonophysics. 2020;11(2):397-416. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2020-11-2-0482

Просмотров: 194


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2078-502X (Online)