Формирование магматического очага при внедрении магмы в земную кору
Автор: Уткин Иван Сергеевич, Мельник Олег Эдуардович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.11, 2018 года.
Бесплатный доступ
Основным механизмом транспорта магмы в земной коре является образование трещин (даек), по которым расплав продвигается к поверхности под действием сил плавучести и тектонических напряжений. Часто из-за структурных особенностей коры или за счет поля внешних напряжений дайки не достигают поверхности, а внедряются в локализованную область, в которой доставленная ими магма вызывает плавление пород. В результате возникают магматические очаги, размеры которых могут превышать тысячи кубических километров. В статье представляется построенная авторами модель, основанная на уравнении теплопроводности, учитывающем реальные диаграммы плавления магмы и пород. Модель позволяет исследовать процесс формирования магматического очага при внедрении даек с заданным расходом. Перемещение пород при наличии движущейся магмы описывается аналитическим решением задачи нагружения внутренним давлением трещины, находящейся в бесконечной плоскости. Показано, что при типичных для островодужных вулканов значениях притока магмы формирование очагов возможно в течение сотен лет от начала притока магмы...
Уравнение теплопроводности, плавление, магма, магматический очаг
Короткий адрес: https://sciup.org/143166068
IDR: 143166068 | УДК: 536.242, | DOI: 10.7242/1999-6691/2018.11.4.31
Magma chamber formation by magma intrusion into the Earth's crust
The main mechanism of transport of magma in the Earth's crust is the formation of cracks (dikes), through which the melt moves toward the surface under the action of buoyancy forces and tectonic stresses. Due to the structural features of the crust or external field stresses, dikes often do not reach the surface, but penetrate the localized region in which the rocks melt, leading to the formation of magmatic chambers, whose dimensions can exceed thousands of cubic kilometers. In this article, a model based on the solution of the heat equation is presented. The model takes into account the actual melting diagrams of magma and rocks and makes it possible to investigate the process of formation of a magma chamber during the intrusion of dikes with a given flow rate. The displacement of rocks during the introduction of magma is described by an analytical solution of the problem of a plane crack located in an infinite plane under the influence of internal pressure. It is shown that, in the case of magmatic fluxes typical of island arc volcanoes, magma chambers are formed over hundreds of years from the beginning of magma intrusion...
Список литературы Формирование магматического очага при внедрении магмы в земную кору
- Rubin A.M. Propagation of magma-filled cracks//Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1995. Vol. 23. No. 1. P. 287-336.
- Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка. 1975-1976/под ред. С.А. Федотова, Г.Б. Флерова, А.М. Чиркова. М.: Наука, 1984. 637 с.
- Lensky N.G., Niebo R.W., Holloway J.R., Lyakhovsky V., Navon O. Bubble nucleation as a trigger for xenolith entrapment in mantle melts//Earth Planet. Sci. Lett. 2006. Vol. 245. No. 1-2. P. 278-288.
- Walker G.P.L. Gravitational (density) controls on volcanism, magma chambers and intrusions//Aust. J. Earth Sci. 1988. Vol. 36. No. 2. P. 149-165.
- Elsworth D., Foroozan R., Taron J., Mattioli G.S., Voight B. Geodetic imaging of magma migration at Soufrière Hills Volcano 1995 to 2008//Geological Society, London, Memoirs. 2014. Vol. 39. P. 219-227.
- Colón D.P., Bindeman I.N., Gerya T.V. Thermomechanical modeling of the formation of a multilevel, crustal-scale magmatic system by the Yellowstone plume//Geophys. Res. Lett. 2018. Vol. 45. No. 9. P. 3873-3879.
- Annen C. From plutons to magma chambers: Thermal constraints on the accumulation of eruptible silicic magma in the upper crust//Earth Planet. Sci. Lett. 2009. Vol. 284. No. 3-4. P. 409-416.
- Dufek J., Bergantz G.W. Lower crustal magma genesis and preservation: a stochastic framework for the evaluation of basalt-crust interaction//J. Petrol. 2005. Vol. 46. No. 11. P. 2167-2195.
- Schöpa A., Annen C., Dilles J.H., Sparks R.S.J., Blundy J.D. Magma emplacement rates and porphyry copper deposits: thermal modelling of the Yerington batholith, Nevada//Econ. Geol., 2017. Vol. 112. No. 7. P. 1653-1672.
- Karakas O., Degruyter W., Bachmann O., Dufek J. Lifetime and size of shallow magma bodies controlled by crustal-scale magmatism//Nat. Geosci. 2017. Vol. 10. No. 6. P. 446-450.
- Piwinskii A.J., Wyllie P.J. Experimental studies of igneous rock series: a zoned pluton in the Wallowa batholith, Oregon//J. Geol. 1968. Vol. 76. No. 2. P. 205-234.
- Martel C., Pichavant M., Holtz F., Scaillet B., Bourdier J.-L., Traineau H. Effects of fO2 and H2O on andesite phase relations between 2 and 4 kbar//J. Geophys. Res. 1999. Vol. 104. No. B12. P. 29453-29470.
- Brown D.K. A computer program to calculate the elastic stress and displacement fields around an elliptical hole under any applied plane state of stress//Comput. Struct. 1977. Vol. 7. No. 4. P. 571-580.
- Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1967. 196 с.
- Marsh B.D. On the crystallinity, probability of occurrence, and rheology of lava and magma//Contr. Mineral. and Petrol. 1981. Vol. 78. P. 85-98.
- Afanasyev A., Blundy J., Melnik O., Sparks S. Formation of magmatic brine lenses via focussed fluid-flow beneath volcanoes//Earth Planet. Sci. Lett. 2018. Vol. 486. P. 119-128.
