Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

Модель первого приближения формирования эпиконтинентальных осадочных бассейнов вследствие конвективной неустойчивости термической литосферы

https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0400

Полный текст:

Аннотация

Современные вычислительные возможности позволяют реализовать в виде расчетных моделей практически любые представления геологов о процессах формирования изучаемых структур, в том числе и диаметрально противоположные. При этом существует стремление использовать сложные, так называемые «реалистические» модели. Большое число параметров в таких моделях, путем надлежащего подбора значений, позволяет для разных постановок получить в результате расчета картину, сходную с реальной. Таким образом, вопрос об адекватности как самих моделей, так и лежащих в их основе представлений остается открытым. По-видимому, требуется некий общий подход к теоретическим построениям в геодинамике, который позволит определять область пригодности разрабатываемых моделей. Такой подход может быть реализован путем последовательных приближений на основе фундаментальных результатов «Теории простых жидкостей с затухающей памятью» – наиболее общего описания необратимого деформирования материала под действием неизотропных напряжений. При этом важно правильно сформулировать модель первого приближения. Она должна быть достаточно проста, основана на надежно установленных экспериментальных фактах, давать в рамках своей детальности адекватные, понятным образом интерпретируемые, нетривиальные результаты и естественным образом позволять дальнейшее уточнение – развитие следующих приближений. В настоящей работе мы попытались строго и последовательно построить такую модель для описания процесса формирования крупных эпиконтинентальных осадочных бассейнов, вопрос о генезисе которых в течение многих лет находится в центре внимания геологов. Модель основана на нескольких надежно установленных фактах: 1) у поверхности планеты в континентальных областях существует тепловой погранслой толщиной  с перепадом температуры ~1300–1500 °С; 2) вещество литосферы, включая кору, необратимо деформируется в исследуемых медленных геологических процессах; 3) континентальная кора является довольно мощным слоем, с малой, по сравнению с мантией, плотностью. Проведенные численные эксперименты показали развитие в верхней мантии свободной конвекции, индуцирующей в легкой коре противотечение, вызывающее формирование над восходящими потоками осадочных бассейнов, а над нисходящими – поднятий, образующих при переходе к квазистационарному режиму платформенные щиты. Расчеты воспроизводят характерные структуры литосферы, коры и собственно осадочных бассейнов и этапы их эволюции, соответствующие имеющимся геолого-геофизическим данным, за исключением эффектов, обусловленных, как мы полагаем, более высокой температурой мантии и динамикой возникающего при этом расплава. (Включение в модель описания декомпрессионного плавления мантийного вещества, сепарации, миграции и замерзания образующегося расплава предполагается в наших следующих публикациях). Предложенная модель первого приближения пригодна для описания широкого класса геодинамических процессов подобного масштаба.

Об авторах

Б. В. Лунёв
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука
Россия

Борис Валентинович Лунёв - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.

630090, Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3



В. В. Лапковский
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука
Россия

Владимир Валентинович Лапковский - кандидат геолого-миралогических наук, заведующий лабораторией.

630090, Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3



Список литературы

1. Артюшков Е.В. Физическая тектоника. М.: Наука, 1993. 455 с.

2. Artyushkov E.V., 2010. Mechanism of formation of superdeep sedimentary basins: lithospheric stretching or eclogitization? Russian Geology and Geophysics 51 (12), 1304–1313. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2010.11.002.

3. Astarita G., Marucci G., 1974. Principles of Non-Newtonian Fluid Mechanics. Mc Graw-Hill Book Company, New York, 289 p.

4. Burov E., Poliakov A., 2001. Erosion and rheology controls on synrift and postrift evolution: Verifying old and new ideas using a fully coupled numerical model. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 106 (B8), 16461–16481. https://doi.org/10.1029/2001JB000433.

5. Buslov M.M., 2012. Geodynamic nature of the Baikal rift zone and its sedimentary filling in the Cretaceous–Cenozoic: the effect of the far-range impact of the Mongolo-Okhotsk and Indo-Eurasian collisions. Russian Geology and Geophysics 53 (9), 955–962. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.07.010.

6. De Grave J., Buslov M.M., Van den haute P., 2007. Distant effects of India–Eurasia convergence and Mesozoic intracontinental deformation in Central Asia: Constraints from apatite fission-track thermochronology. Journal of Asian Earth Sciences 29 (2–3), 188–204. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2006.03.001.

7. Dobretsov N.L., Polyansky O.P., 2010. On formation mechanisms of deep sedimentary basins: Is there enough evidence for eclogitization? Russian Geology and Geophysics 51 (12), 1314–1321. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2010.11.006.

8. Evison F.F., 1960. On the growth of continents by plastic flow under gravity. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society 3 (2), 155–190. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1960.tb00386.x.

9. Гетлинг А.В. Конвекция Рэлея – Бенара. Структуры и динамика. М.: Эдиториал УРСС, 1999. 247 с.

10. Харбух Дж., Бонэм-Картер Г. Моделирование на ЭВМ в геологии. М.: Мир, 1974. 312 с.

11. Haskell N.A., 1935. The motion of a viscous fluid under a surface load. Physics 6 (8), 265–269. https://doi.org/10.1063/1.1745329.

12. Haskell N.A., 1936. The motion of a viscous fluid under a surface load. Part II. Physics 7 (2), 56–61. https://doi.org/10.1063/1.1745362.

13. Haskell N.A., 1937. The viscosity of the asthenosphere. American Journal of Science 33 (193), 22–28. https://doi.org/10.2475/ajs.s5-33.193.22.

14. Heiskanen W., Vening-Meinesz F.A., 1958. The Earth and Its Gravity Field. McGraw-Hill Book Company, New York, 470 p.

15. Huismans R.S., Beaumont C., 2003. Symmetric and asymmetric lithospheric extension: Relative effects of frictional‐plastic and viscous strain softening. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108 (B10), 2496. https://doi.org/10.1029/2002JB002026.

16. Huismans R.S., Podladchikov Y.Y., Cloetingh S., 2001. Transition from passive to active rifting: Relative importance of asthenospheric doming and passive extension of the lithosphere. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 106 (B6), 11271–11291. https://doi.org/10.1029/2000JB900424.

17. Икон Е.В., Конюхов В.И., Мороз М.Л. Закономерности изменения коллекторских свойств пород неокома с глубиной их залегания во фроловской мегавпадине // Вестник недропользователя. 2009. № 20. Available from: http://www.oilnews.ru/20-20/zakonomernosti-izmeneniya-kollektorskix-svojstv-porod-neokoma-s-glubinoj-ix-zaleganiya-vo-frolovskoj-megavpadine/.

18. Исмаил-Заде А.Т., Лобковский Л.И., Наймарк Б.М. Гидродинамическая модель формирования осадочного бассейна в результате образования и последующего фазового перехода магматической линзы в верхней мантии // Геодинамика и прогноз землетрясений. Вычислительная сейсмология. Вып. 26. М.: Наука, 1994. С. 139–155.

19. Kaula W.M., 1977. Problems in understanding vertical movements and earth rheology. In: Proceedings of “Earth rheology and Late Cenozoic isostatic movements”: an interdisciplinary symposium held in Stockholm, Sweden, July 31 – August 8, 1977. Stockholm, p. 577–588.

20. Красс М.С. Возможные причины опускания гайотов // Изостазия / Ред. М.Е. Артемьев. М.: Наука, 1973. С. 139–151.

21. Кулагин А.В., Мушин И.А., Павлова Т.Ю. Моделирование геологических процессов при интерпретации геофизических данных. М.: Недра, 1994. 250 с.

22. Лунёв Б.В. Изостазия как динамическое равновесие вязкой жидкости // Доклады АН СССР. 1986. Т. 290. № 1. С. 72–76.

23. Лунев Б.В. О природе верхнемантийной аномалии плотности под Срединно-Атлантическим хребтом и ее роли в рифтогенезе и спрединге // Геология и геофизика. 1996. Т. 37. № 9. С. 87–101.

24. Mitrovica J.X., 1996. Haskell [1935] revisited. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 101 (B1), 555–569. https://doi.org/10.1029/95JB03208.

25. Мясников В.П., Фадеев В.Е. Модели эволюции Земли и планет земной группы. ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Физика Земли. Т. 5. М.: ВИНИТИ, 1980. 232 с.

26. Никонов А.А. Голоценовые и современные движения земной коры. М.: Наука, 1977. 240 с.

27. Niskanen E., 1948. On the viscosity of the Earth’s interior and crust. Annales Academiae Scientiarum Fennicae. Series A III, Geologica – geographica 15, 22 p.

28. Прокофьев А.А., Кронрод В.А., Кусков О.Л. Распределение температуры и плотности в литосферной мантии Сибирского кратона по данным региональных сейсмических моделей // Вестник Отделения наук о Земле РАН. 2009. № 1 (27). Available from: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2009/informbul-1_2009/planet-20.pdf.

29. Saxena S.K., Eriksson A.G., 1985. Anhydrous phase equilibria in Earth's upper mantle. Journal of Petrology 26 (2), 378–390. https://doi.org/10.1093/petrology/26.2.378.

30. Смыслов А.А., Суриков С.Н., Вайнблат А.Б. Геотермическая карта России. Масштаб 1:10000000 (объяснительная записка). М.–СПб.: Изд-во Госкомвуз, СПбГГИ, Роскомнедра, ВСЕГЕИ, 1996. 92 с.

31. Sobolev S.V., Babeyko A.Yu., 1994. Modeling of mineralogical composition, density and elastic wave velocities in anhydrous magmatic rocks. Surveys in Geophysics 15 (5), 515–544. https://doi.org/10.1007/BF00690173.

32. Сурков В.С., Жеро О.Г. Фундамент и развитие платформенного чехла Западно-Сибирской плиты. М.: Недра, 1981. 143 с.

33. Timofeev V.Y., Ardyukov D.G., Timofeev A.V., Boiko E.V., Lunev B.V., 2014. Block displacement fields in the Altai-Sayan region and effective rheologic parameters of the Earth’s crust. Russian Geology and Geophysics 55 (3), 376–389. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.01.019.

34. Trubitsyn V.P., 2008. Equations of thermal convection for a viscous compressible mantle of the earth including phase transitions. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 44 (12), 1018–1026. https://doi.org/10.1134/S1069351308120045.

35. Ушаков С.А. Динамика коры в зонах перехода от материков к океанам атлантического типа // Доклады АН СССР. 1966. Т. 171. № 1. С. 10–15.

36. Ященко И.Г., Полищук Ю.М. Анализ взаимосвязи физико-химических свойств тяжелых нефтей и уровня теплового потока на территориях Волго-Уральского, Западно-Сибирского и Тимано-Печорского бассейнов // Нефтегазовое дело. 2007. № 2. Available from: http://ogbus.ru/article/view/analiz-vzaimosvyazi-fiziko-ximicheskix-svojstv-tyazhelyx-neftej-i-urovnya-teplovogo-potoka-na-territoriyax-volgo-uralskogo-zapadno-sibirskogo-i-timano-pechorskogo-bassejnov.

37. Жарков В.Н., Трубицын В.П. Физика планетных недр. М.: Наука, 1980. 448 с.


Для цитирования:


Лунёв Б.В., Лапковский В.В. Модель первого приближения формирования эпиконтинентальных осадочных бассейнов вследствие конвективной неустойчивости термической литосферы. Геодинамика и тектонофизика. 2018;9(4):1363-1380. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0400

For citation:


Lunev B.V., Lapkovsky V.V. The first-approximation model showing the occurrence of epicontinental sedimentary basins due to convective instability of the thermal lithosphere. Geodynamics & Tectonophysics. 2018;9(4):1363-1380. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0400

Просмотров: 69


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


ISSN 2078-502X (Online)