Об относительной роли сил динамического давления и вязких напряжений в тектонически активных переходных зонах земли

Автор: Гаврилов С.В., Харитонов А.Л.

Статья в выпуске: 12 (348), 2023 года.

Бесплатный доступ

В статье показана роль сил динамического негидростатического давления и вязких напряжений в астеносфере тектонически активных переходных зон от континента к океану. Исследуются зоны активных тектонических процессов в литосфере и нижележащей мантии, влияющих на литосферные блоки, дневную поверхность Земли и границы плотностных неоднородностей. Показано также преимущественное влияние вязких напряжений на формирование мантийных диапиров и часто связанных с ними месторождений углеводородов. В зонах субдукции крупномасштабный нисходящий конвективный поток опускается в верхнюю мантию как погружающийся жесткий литосферный блок. Были рассмотрены силы, которые определяют угол субдукции, зависящий от возраста литосферы, скорости субдукции и реологических свойств материала мантии. Для исследования применялся метод аналитического термодинамического моделирования тектонического строения верхней мантии (литосфера, астеносфера) в переходной зоне от континента к океану. Сделан вывод о том, что относительная роль сил динамического давления преобладает в зонах, характеризуемых горизонтально удлиненными астеносферными движениями в мантии, как это происходит под протяженными океаническими литосферными плитами. Новизна исследований связана с выводом о том, что под литосферными микроплитами и вблизи их границ роли сил динамического давления и вязких напряжений сравнимы между собой. В областях термических диапиров, связанных с зонами субдукции и часто расположенных в переходных зонах от континента к океану, преобладает роль вязких напряжений. Термические диапиры в зонах субдукции иногда приводят к формированию месторождений углеводородов за счет процессов дегазации мантии.

Еще

Силы динамического давления, вязкие напряжения, переходные зоны «континент—океан», термические диапиры, нефтегазоносность

Короткий адрес: https://sciup.org/149145201

IDR: 149145201 | DOI: 10.19110/geov.2023.12.5

Список литературы Об относительной роли сил динамического давления и вязких напряжений в тектонически активных переходных зонах земли

Бобров А. М., Баранов А. А. Модель мантийной конвекции с неньютоновской реологией и фазовыми переходами: структура течений и поля напряжений // Физика Земли. 2016. Т. 52. № 1. С. 133—148.
Bobrov A. M., Baranov A. A. Model of mantle convection with non-Newtonian rheology and phase transitions: structure of currents and stress fields. Physics of the Earth, 2016, V. 52, No. 1, pp. 133—148. (in Russian).
Валяев Б. М. Углеводородная дегазация Земли, геотектоника и происхождение нефти и газа (Признание и развитие идей П. Н. Кропоткина) // Дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений (к 100-летию со дня рождения академика П. Н. Кропоткина) / Под ред. А. Н. Дмитриевского, Б. М. Валяева. М.: ГЕОС, 2011. С. 69—92.
Valyaev B. M. Hydrocarbon degassing of the Earth, geological tectonics and the origin of oil and gas (Recognition and development of P. N. Kropotkin's ideas). Degassing of the Earth and the genesis of oil and gas fields (to the 100th anniversary of the birth of Academician P. N. Kropotkin). Edited by A. N. Dmitrievsky, B. M. Valyaev. Moscow: GEOS, 2011, pp. 10—32. (in Russian)
Гаврилов С. В., Абботт Д. Х. Термомеханическая модель тепло- и массопереноса в окрестности зоны субдукции // Физика Земли. 1999. Т. 35. № 12. С. 3—12.
Gavrilov S. V., Abbott D. H. Thermo-mechanical model of heat- and mass-transfer in the vicinity of subduction zone. Physics of the Earth, 1999, V. 35, No. 12, pp. 3—12. (in Russian).
Гаврилов С. В., Харитонов А. Л. Геотермодинамическая модель предполагаемой палеозоны литосферной субдукции в районе Черноморской впадины и ее связь с металлогенической зональностью Крыма и Кавказа // Региональная геология и металлогения. 2021. № 87. С. 4—16.
Gavrilov S. V., Kharitonov A. L. Geothermodynamic model of the proposed palezone of lithospheric subduction in the area of the Black Sea basin and its relationship with the metallogenic zonality of the Crimea and the Caucasus. Regional geology and metallogeny, 2021, No. 87, pp. 4—16. (in Russian). DOI: 10.52349/0869-7892-2021-87-04-16.
Гаврилов С. В., Харитонов А. Л. О субдукции Амурской микроплиты и конвективном механизме выноса диссипативного тепла и углеводородов из мантийного клина в Охотском море к востоку от острова Сахалин // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2022. Т. 42. № 1(105). С. 5—12.
Gavrilov S. V., Kharitonov A. L. On the subduction of the Amur microplate and the convective mechanism of dissipative heat and hydrocarbons removal from the mantle wedge in the Sea of Okhotsk east of Sakhalin Island. Bulletin of the Academy of Sciences of the Republic of Bashkortostan, 2022, V. 42, No. 1(105), pp. 5—12. (in Russian). DOI: 10.24412/1728-5283_2022_1_5-12.
Гаврилов С. В., Харитонов А. Л. Исследование величины формирования аномального теплового потока в бассейне Паннония и зоне Вардар при субдукции Адриатической плиты под Евроазиатскую плиту // International Journal of Professional Science. 2021. № 9. С. 27—39.
Gavrilov S. V., Kharitonov A. L. Investigation of the magnitude of the formation of abnormal heat flow in the Pannonia basin and the Vardar zone during subduction of the Adriatic plate under the Eurasian plate. International Journal of Professional Science, 2021, No. 9, pp. 27—39. (in Russian). DOI: 10.54092/25421085_2021_9_27.
Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.
Gershuni G. Z., Zhukhovitsky E. M. K Convective stability of an incompressible fluid. Moscow: Nauka, 1972, 392 p. (in Russian).
Кирдяшкин А. А., Кирдяшкин А. Г. Влияние скорости движения океанической литосферы на свободно-конвективные течения в астеносфере под срединно-океаническим хребтом // Физика Земли. 2008. № 4. С. 35—47.
Kirdyashkin A. A., Kirdyashkin A. G. Influence of the speed of movement of the oceanic lithosphere on free convective currents in the asthenosphere under the midoceanic ridge. Physics of the Earth, 2008, No. 4, pp. 35—47. (in Russian).
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
Landau L. D., Lifshits E. M. Hydrodynamics. Moscow: Nauka, 1986, 736 p. (in Russian).
Океанология. Геофизика океана. Геодинамика / Под ред. А. С. Монина. М.: Наука, 1979. 416 с.
Oceanology. Ocean geophysics. Geodynamics. Monin A. S. (ed.) Moscow: Nauka, 1979, 416 p. (in Russian).
Павленкова Н. И. Ротационно-флюидная модель глобального тектогенеза // Дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений (к 100-летию со дня рождения академика П. Н. Кропоткина) / Под ред. А. Н. Дмитриевского, Б. М. Валяева. М.: ГЕОС, 2011. С. 69—92.
Pavlenkova N. I. Rotational fluid model of global tectogenesis. Degassing of the Earth and the genesis of oil and gas fields (marking the 100th anniversary of the birth of Academician P. N. Kropotkin). Edited by A. N. Dmitrievsky, B. M. Valyaev. Moscow: GEOS, 2011, pp. 69—92. (in Russian).
Сейфуль-Мулюков Р. Б. Нефть и газ. Глубинная природа и ее прикладное значение. М.: Торус Пресс, 2012. 216 с.
Seiful-Mulyukov R. B. Petroleum and gas: Inorganic abiotic nature and its applicability. Moscow: Torus Press, 2012, 216 p. (in Russian).
Соллогуб В. Б. Литосфера Украины. Киев: Наукова думка, 1986. 184 с.
Sollogub V. B. Litosphere of Ukraine. Kiev: Naukova Dumka, 1986, 184 p. (in Russian).
Сывороткин В. Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: Геоинформцентр, 2002. 250 с.
Syvorotkin V. L. Deep degassing of the Earth and global catastrophes. Moscow: Geoinformcenter, 2002, 250 p. (in Russian).
Тимурзиев А. И. К созданию новой парадигмы нефтегазовой геологии на основе глубинно-фильтрационной модели нефтегазообразования и нефтегазонакопления // Геофизика. 2007. № 4. С. 49—60.
Timurziev A. I. To create a new paradigm of oil and gas geology based on the depth-filtration model of oil and gas formation and oil and gas accumulation. Geophysics, 2007, No.4, pp. 49—60. (in Russian).
Трубицын В. П., Баранов А. А., Евсеев А. Н., Трубицын А. П. Точные аналитические решения уравнения Стокса для тестирования уравнений мантийной конвекции с переменной вязкостью // Физика Земли. 2006. Т. 42. № 7. С. 3—11.
Trubitsyn V. P., Baranov A. A., Evseev A. N., Trubitsyn A. P. Exact analytical solutions of the Stokes equation for testing mantle convection equations with variable viscosity. Physics of the Earth, 2006, V. 42, No. 7, pp. 3—11. (in Russian).
Трубицын В. П., Баранов А. А., Харыбин Е. В. Численные модели субдукции океанической коры c базальтовыми плато // Физика Земли. 2007. № 7. С. 3—10.
Trubitsyn V. P., Baranov A. A., Kharybin E. V. Numerical models of subduction of oceanic crust with basalt plateaus. Physics of the Earth, 2007, No. 7, pp. 3—10. (in Russian).
Червов В. В., Черных Г. Г., Бушенкова Н. А., Кулаков И. Ю. Численное моделирование трехмерной конвекции в верхней мантии Земли под литосферой Евразии // Вычислительные технологии. 2014. Т. 19. № 5. С. 101—114.
Chervov V. V., Chernykh G. G., Bushenkova N. A., Kulakov I. Yu. Numerical modeling of three-dimensional convection in the upper mantle of the Earth under the lithosphere of Eurasia. Computational Technologies, 2014, V. 19, No. 5, pp. 101—114. (in Russian).
Юркова Р. М. Перенос молекул водорода и метана в структурных ячейках серпентинитов при подъеме офиолитового диапира // Дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений (к 100-летию со дня рождения академика П. Н. Кропоткина) / Под ред. А. Н. Дмитриевского, Б. М. Валяева. М.: ГЕОС, 2011. С. 69—92.
Yurkova R. М. Transfer of hydrogen and methane molecules in serpentinite structural cells during the rise of ophiolite diaper. In the book: Degassing of the Earth and the genesis of oil and gas fields (marking the 100th anniversary of the birth of Academician P. N. Kropotkin). Edited by A. N. Dmitrievsky, B. M. Valyaev. Moscow: GEOS, 2011, pp. 69—92. (in Russian).
Bobrov A., Baranov A., Tenzer, R. Evolution of stress fields during the supercontinent cycle // Geodesy and Geodynamics, 2022. V. 13, № 4, P. 363—375.
Clark M. K., Bush J. W. M., Royden L. H. Dynamic topography produced by lower crustal flow against rheological strength heterogeneities bordering the Tibetan Plateau // Geophys. J. International, 2005. V. 162. P. 575—590.
Karig D. E. Origin and development of marginal basins in the Western Pacific // Journal Geophysical Researches, 1971. V. 76. № 11. P. 2542—2561. DOI:10.1029/JB076i011p02542
Lobkovsky L. I., Kotelkin V. D. Numerical analysis of geodynamic evolution of the Earth based on a thermochemical model of the mantle convection // Russian Journal of Earth Sciences. 2004. № 6 (1). P. 49—58.
Miyashiro A. Metamorphism and related magmatism in plate tectonics // American Journal Sci., 1972. V. 272. P. 629—656.
Schubert G., Turcotte D. L., Olson P. Mantle Convection in the Earth and Planets. New York: Cambridge University Press, 2001. 940 p. DOI:10.1017/CB09780511612879
Turcotte D. L., Schubert G. Geodynamics. Cambridge: Cambridge University Press, 2002. 719 p.

Еще

Статья научная