РАЗВИТИЕ МОДЕЛИ ВЕРХНЕМАНТИЙНОЙ КОНВЕКЦИИ, СОПРЯЖЕННОЙ С ЗОНОЙ СУБДУКЦИИ, С ПРИЛОЖЕНИЯМИ К МЕЛ-КАЙНОЗОЙСКОЙ ГЕОДИНАМИКЕ ЦЕНТРАЛЬНО-ВОСТОЧНОЙ АЗИИ И АРКТИКИ

Рассматривается математическое обоснование геодинамической модели верхнемантийной конвекции, сопряженной с Тихоокеанской зоной субдукции, в приложении к мел-кайнозойской эволюции Центрально-Восточной Азии (ЦВА) и Арктики. Приводится решение двухмерной стационарной задачи термической конвекции в слое верхней мантии при различных числах Рэлея с учетом влияния процесса субдукции и движения литосферного слоя вдоль подошвы верхней мантии. Описываются результаты 3D-моделирования нестационарной конвекции в верхней мантии, сопряженной с зоной субдукции. Полученные результаты позволяют объяснить весь спектр наблюдаемых тектономагматических процессов, развивающихся в пределах ЦВА в кайнозое и Арктики в верхнем мелу и кайнозое, а именно сочетание общего смещения литосферы ЦВА и Арктики в сторону Тихоокеанской зоны субдукции с наличием отдельных магматических провинций и рифтовых зон как следствие существования длинной горизонтально вытянутой конвективной ячейки (создающей эффект конвейерного волочения литосферы), осложненной внутренними изометричными ячейками (создающими эффект верхнемантийных плюмов).

1. Altamimi Z., Rebischung P., Metivier L., Collilieux X., 2016. ITRF2014: A New Release of the International Terrestrial Reference Frame Modeling Nonlinear Station Motions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 121 (8), 6109–6131. http://doi.org/10.1002/2016JB013098.

2. Apel E.V., Bürgmann R., Steblov G., Vasilenko N., King R., Prytkov A., 2006. Independent Active Microplate Tectonics of Northeast Asia from Gps Velocities and Block Modeling. Geophysical Research Letters 33 (11). https://doi.org/10.1029/2006GL026077.

3. Artyushkov E.V., Letnikov F.A., Ruzhich V.V., 1990. On the Development of a New Mechanism for the Formation of the Baikal Basin. In: N.A. Logachev (Ed.), Geodynamics of Intracontinental Mountainous Regions. Nauka, Novosibirsk, p. 367–378 (in Russian) [Артюшков Е.В., Летников Ф.А., Ружич В.В. О разработке нового механизма формирования Байкальской впадины // Геодинамика внутриконтинентальных горных областей / Ред. Н.А. Логачев. Новосибирск: Наука, 1990. С. 367–378].

4. Bott M., 1990. Geodynamic Processes in Continental Rift Systems as Applied to the Baikal Rift. In: N.A. Logachev (Ed.), Geodynamics of Intracontinental Mountainous Regions. Nauka, Novosibirsk, p. 317–323 (in Russian) [Ботт М. Геодинамические процессы в континентальных рифтовых системах в приложении к Байкальскому рифту // Геодинамика внутриконтинентальных горных областей / Ред. Н.А. Логачев. Новосибирск: Наука, 1990. С. 317–323].

5. Bürgmann R., Kogan M.G., Steblov G.M., Hilley G., Levin V.E., Apel E., 2005. Interseismic Coupling and Asperity Distribution along Kamchatka Subduction Zone. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 110 (B7). http://dx.doi.org/10.1029/2005JB003648.

6. Chuvashova I.S., Rasskazov S.V., Yi‐min Sun, 2017. The Latest Geodynamics in Central Asia: Primary and Secondary Mantle Melting Anomalies in the Context of Orogenesis, Rifting, and Lithospheric Plate Motions and Interactions. Geodynamics & Tectonophysics 8 (1), 45–80 (in Russian) [Чувашова И.С., Рассказов С.В., Йи‐минь Сунь. Новейшая геодинамика Центральной Азии: первичные и вторичные мантийные расплавные аномалии в контексте орогенеза, рифтогенеза и движения‐взаимодействия литосферных плит // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 1. С. 45–80]. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-1-0232.

7. Djadkov P.G., Mel’nikova V.I., Nazarov L.A., Nazarova L.A., Sankov V.A., 1999. Increase of Seismotectonic Activity in the Baikal Region in 1989–1995: Results of Experimental Observations and Numerical Modeling of Changes in the Stress–Strained State. Russian Geology and Geophysics 40 (3), 373–386.

8. Florensov N.A., 1968. The Baikal Rift Zone and Some Problems of Its Study. In: Baikal Rift. Nauka, Moscow, p. 40–56 (in Russian) [Флоренсов Н.А. Байкальская рифтовая зона и некоторые задачи ее изучения // Байкальский рифт. М.: Наука, 1968. С. 40–56].

9. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2002. Experimental Modeling of the Effect of Subduction on the Spatial Structure of Convective Flows in the Asthenosphere under the Continent. Doklady Earth Sciences 384 (5), 682–686 (in Russian) [Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Экспериментальное моделирование влияния субдукции на пространственную структуру конвективных течений в астеносфере под континентом // Доклады Академии наук. 2002. Т. 384. № 5. С. 682–686].

10. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Dobretsov N.L., 2000. Influence of Subduction on the Structure of Thermal Gravitational Flows in the Asthenosphere under the Continent. Russian Geology and Geophysics 41 (2), 207–219 (in Russian) [Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Добрецов Н.Л. Влияние субдукции на структуру тепловых гравитационных течений в астеносфере под континентом // Геология и геофизика. 2000. Т. 41. № 2. С. 207–219].

11. Kirdyashkin A.G., Dobretsov N.L., 1991. Modelling of Two-Layer Mantle Convection. Doklady of the USSR Academy of Sciences 318 (4), 946–949 (in Russian) [Кирдяшкин А.Г., Добрецов Н.Л. Моделирование двухслойной мантийной конвекции // Доклады АН СССР. 1991. T. 318. № 4. C. 946–949].

12. Kogan M.G., B・gmann R., Vasilenko N.F., Scholz C.H., King R.W., Ivashchenko A.I., Frolov D.I., Steblov G.M., Kim Ch.U., Egorov S.G., 2003. The 2000 Mw 6.8 Uglegorsk Earthquake and Regional Plate Boundary Deformation of Sakhalin from Geodetic Data. Geophysical Research Letters 30 (3), 1–4. http://doi.org/10.1029/2002GL016399.

13. Kotelkin V.D., Lobkovsky L.I., 2014. Regularization of Geodynamic Problems Using Geological Data. Fluid Dynamics 49, 310–319. http://doi.org/10.1134/S0015462814030028.

14. Kotelkin V.D., Lobkovsky L.I., 2019. Substantiation of a Geodynamic Model of the Evolution of the Arctic Region. In: Materials of the XII All-Russia Congress on Fundamental Problems of Theoretical and Applied Mechanics (August 19–24, 2019). Vol. 4. Bashkir State University, Ufa, p. 63–65 (in Russian) [Котелкин В.Д., Лобковский Л.И. Обоснование геодинамической модели эволюции Арктического региона // Материалы XII Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (19–24 августа 2019 г.). Уфа: РИЦ БашГУ, 2019. Т. 4. С. 63–65].

15. Laverov N.P., Lobkovsky L.I., Kononov M.V., Dobretsov N.L., Vernikovsky V.A., Sokolov S.D., Shipilov E.V., 2013. A Geodynamic Model of the Evolution of the Arctic Basin an Adjacent Territories in the Mesozoic and Cenozoic and the Outer Limit of the Russian Continental Shelf. Geotectonics 1, 1–30. http://doi.org/10.1134/S0016852113010044.

16. Lobkovsky L.I., 2016. Tectonics of Deformable Lithosphere Plates and Regional Geodynamic Model of the Arctic and Northeastern Asia. Russian Geology and Geophysics 57 (3), 371–386. http://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.03.002.

17. Lobkovsky L.I., Inyukhin A.V., Kotelkin V.D., 2014. Subduction and Cyclicity of the Upper Mantle Processes. Doklady Earth Sciences 459, 1348–1352. https://doi.org/10.1134/S1028334X14110233.

18. Lobkovsky L.I., Ramazanov M.M., 2021. Investigation of Upper Mantle Convection Thermomechanically Related to a Subduction Zone, and Its Geodynamic Applications for the Arctic and Northeast Asia. Fluid Dynamics 3, 139–150 (in Russian) [Лобковский Л.И., Рамазанов М.М. Исследование конвекции в верхней мантии, термомеханически связанной с зоной субдукции, и ее геодинамические приложения для Арктики и Северо-Восточной Азии // Известия РАН: Механика жидкости и газа. 2021. № 3. С. 139–150]. https://doi.org/10.31857/S0568528121030063.

19. Lobkovsky L.I., Shipilov E.V., Kononov M.V., 2013. Geodynamic Model of Upper Mantle Convection and Transformations of the Arctic Lithosphere in the Mesozoic and Cenozoic. Izvestiya of of the Physics of the Solid Earth 49, 767–785. http://doi.org/10.1134/S1069351313060104.

20. Lobkovsky L.I., Verzhbitsky V.E., Kononov M.V., Shreider A.A., Garagash I.A., Sokolov S.D., Tuchkova M.I., Kotelkin V.D., Vernikovsky V.A., 2011. Geodynamic Model of the Evolution of the Arctic Region in the Late Mesozoic – Cenozoic and the Problem of the Outer Boundary of the Continental Shelf of Russia. Arctic: Ecology and Economics 1 (1), 104–115 (in Russian) [Лобковский Л.И., Вержбицкий В.Е., Кононов М.В., Шрейдер А.А., Гарагаш И.А., Соколов С.Д., Тучкова М.И., Котелкин В.Д., Верниковский В.А. Геодинамическая модель эволюции Арктического региона в позднем мезозое – кайнозое и проблема внешней границы континентального шельфа России // Арктика: экология и экономика. 2011. № 1 (1). С. 104–115].

21. Lobkovsky L.I., Vladimirova I.S., Gabsatarov V.V., Garagash I.A., Baranov B.V., Steblov G.M., 2017. Post-Seismic Motions after the 2006–2007 Simushir Earthquakes at Different Stages of the Seismic Cycle. Doklady Earth Sciences 473, 375–379. http://doi.org/10.1134/S1028334X17030266.

22. Lobkovsky L.I., Vladimirova I.S., Gabsatarov Y.V., Steblov G.M., 2018. Seismotectonic Deformations Related to the 2011 Tohoku Earthquake at Different Stages of the Seismic Cycle on the Basis of Satellite Geodetic Observations. Doklady Earth Sciences 481, 1060–1065. http://doi.org/10.1134/S1028334X18080159.

23. Logatchev N.A., 1968. Sedimentary and Volcanogenic Formations of the Baikal Rift Zone. In: N.A. Florensov (Ed.), Baikal Rift. Nauka, Novosibirsk, p. 72–101 (in Russian) [Логачев Н.А. Осадочные и вулканогенные формации Байкальской рифтовой зоны // Байкальский рифт / Ред. Н.А. Флоренсов. Новосибирск: Наука, 1968. С. 72–101].

24. Mats V.D., 2015. The Baikal Rift: Pliocene (Miocene) – Quarternary Episode or Product of Extended Development since the Late Cretaceous under Various Tectonic Factors. A Review. Geodynamics & Tectonophysics 6 (4), 467–490 (in Russian) [Мац В.Д. Байкальский рифт: плиоцен (миоцен) – четвертичный эпизод или продукт длительного развития с позднего мела под воздействием различных тектонических факторов. Обзор представлений // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6. № 4. С. 467–490]. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-4-0190.

25. Meng G., Shen X., Wu J., Rogozhin E.A., 2006. Present-Day Crustal Motion in Northeast China Determined from GPS Measurements. Earth, Planets and Space 58, 1441–1445. https://doi.org/10.1186/BF03352642.

26. Molnar P., Tapponnier P., 1975. Cenozoic Tectonics of Asia: Effects of a Continental Collision: Features of Recent Continental Tectonics in Asia Can Be Interpreted as Results of the India-Eurasia Collision. Science 189 (4201), 419–426. https://doi.org/10.1126/science.189.4201.419.

27. Mordvinova V.V., Treusov A.V., Sharova E.V., Grebenshchikova V.I., 2008. Results of Teleseismic Two-Dimensional P-Tomography: Evidence of the Mantle Plume under Khangai. In: Geodynamic Evolution of the Lithosphere of the Central Asian Mobile Belt (from Ocean to Continent). Proceedings of Scientific Meeting (October 14–18, 2008). Iss. 6. Vol. 2. IEC SB RAS, Irkutsk, p. 41–43 (in Russian) [Мордвинова В.В., Треусов А.В., Шарова Е.В., Гребенщикова В.И. Результаты телесейсмической двумерной Р-томографии: свидетельство мантийного плюма под Хангаем // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту): Материалы научного совещания по Программе фундаментальных исследований ОНЗ РАН (14–18 октября 2008 г.). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008. Вып. 6. Т. 2. С. 41–43].

28. Rasskazov S.V., Chuvashova I.S., 2013. The Most Recent Mantle Geodynamics of Central Asia. ISU Publishing House, Irkutsk, 308 p. (in Russian) [Рассказов С.В., Чувашова И.С. Новейшая мантийная геодинамика Центральной Азии. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2013. 308 с.].

29. Ruzhich V.V., 1997. Seismotectonic Destruction of the Earth’s Crust in the Baikal Rift Zone. Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, 144 p. (in Russian) [Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 с.].

30. Ruzhich V.V., Kocharyan G.G., Levina Е.А., 2016. Estimated Geodynamic Impact from Zones of Collision and Subduction on the Seismotectonic Regime in the Baikal Rift. Geodynamics & Tectonophysics 7 (3), 383–406 (in Russian) [Ружич В.В., Кочарян Г.Г., Левина Е.А. Оценка геодинамического влияния зон коллизии и субдукции на сейсмотектонический режим Байкальского рифта // Геодинамика и тектонофизика. 2016. Т. 7. № 3. С. 383–406]. http://doi.org/10.5800/GT-2016-7-3-0214.

31. Sankov V.A., Parfeevets A.V., Lukhnev A.V., Miroshnichenko A.I., Ashurkov S.V., 2011. Late Cenozoic Geodynamics and Mechanical Coupling of Crustal and Upper Mantle Deformations in the Mongolia-Siberia Mobile Area. Geotectonics 45, 378–393. http://dx.doi.org/10.1134/S0016852111050049.

32. Seminsky K.Z., Kozhevnikov N.O., Cheremnykh A.V., Pospeeva E.V., Bobrov A.A., Olenchenko V.V., Tugarina M.A., Potapov V.V., Zaripov R.M., Cheremnykh A.S., 2013. Interblock Zones in the Crust of the Southern Regions of East Siberia: Tectonophysical Interpretation of Geological and Geophysical Data. Geodynamics & Tectonophysics 4 (3), 203–278 (in Russian) [Семинский К.Ж., Кожевников Н.О., Черемных А.В., Поспеева Е.В., Бобров А.А., Оленченко В.В., Тугарина М.А., Потапов В.В., Зарипов Р.М., Черемных А.С. Межблоковые зоны в земной коре юга Восточной Сибири: тектонофизическая интерпретация геолого-геофизических данных // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 3. С. 203–278]. https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-3-0099.

33. Steblov G.M., Kogan M.G., King R.W., Scholz C.H., Burgmann R., Frolov D.I., 2003. Imprint of the North American Plate in Siberia Revealed by GPS. Geophysical Research Letters 30 (18). http://doi.org/10.1029/2003GL017805.

34. Yarmolyuk V.V., Kovalenko I.I., Ivanov V.G., 1995. Intraplate Late Mesozoic-Cenozoic Volcanic Province of Central-East Asia – Projection of the Hot Mantle Field. Russian Geotectonics 5, 41–67 (in Russian) [Ярмолюк В.В., Коваленко И.И., Иванов В.Г. Внутриплитная позднемезозойская – кайнозойская вулканическая провинция Центрально-Восточной Азии – проекция горячего поля мантии // Геотектоника. 1995. № 5. С. 41–67].

35. Yarmolyuk V.V., Kuzmin M.I., Vorontsov A.A., 2013. West Pacific-Type Convergent Boundaries and Their Role in the Formation of the Central Asian Fold Belt. Russian Geology and Geophysics 54 (12), 1427–1441. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.10.012.

36. Zhao D., 2009. Multiscale Seismic Tomography and Mantle Dynamics. Gondwana Research 15 (3–4), 297–323. https://doi.org/10.1016/j.gr.2008.07.003.

37. Zhao D., Lei J., Inoue T., Yamada A., Gao S.S., 2006. Deep Structure and Origin of the Baikal Rift Zone. Earth and Planetary Letters 243 (3–4), 681–691. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.01.033.

38. Zhao D., Liu L., Pirajno F., Dobretsov N.L., 2010. Mantle Structure and Dynamics under East Russia and Adjacent Regions. Russian Geology and Geophysics 51 (9), 925–938. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2010.08.003.

39. Zhao D., Tian Y., Ley J., Liu L., Zheng S., 2009. Seismic Image and Origin of the Changbai Intraplate Volcano in East Asia: Role of Big Mantle Wedge above the Stagnant Pacific Slab. Physics of the Earth and Planetary Interiors 173 (3–4), 197–206. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2008.11.009.

40. Zonenshain L.P., Savostin L.A., Misharina L.A., Solonenko N.V., 1978. Plate Tectonics of the Baikal Mountain Region and the Stanovoy Ridge. Doklady of the USSR Academy of Sciences 240 (3), 669–672 (in Russian) [Зоненшайн Л.П., Савостин Л.А., Мишарина Л.А., Солоненко Н.В. Тектоника плит Байкальской горной области и Станового хребта // Доклады АН СССР. 1978. Т. 240. № 3. С. 669–672].

41. Zorin Y.A., Turutanov E.X., 2005. Plumes and Geodynamics of the Baikal Rift Zone. Russian Geology and Geophysics 46 (7), 685–699 (in Russian) [Зорин Ю.А., Турутанов Е.Х. Плюмы и геодинамика Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2005. Т. 46 № 7. С. 685–699].

42. Zorin Y.A., Turutanov E.K., Kozhevnikov V.M., Rasskazov S.V., Ivanov A.V., 2006. The Nature of Cenozoic Upper Mantle Plumes in East Siberia (Russia) and Central Mongolia. Russian Geology and Geophysics 47 (10), 1056–1070.