Связь процессов дегазации земли с каналами глубинного тепломассопереноса

В начале 60-х годов XX века в геологии зародилась новая теория тектоники литосферных плит. Она позволила значительно уточнить значение причины и закономерности проявления магматизма и вулканизма в истории Земли, а следовательно по-новому оценить масштабы её дегазации. С появлением тектоники литосферных плит также связана идея рециклинга или круговорота углеводородных флюидов в зонах субдукции. На рубеже XX-XXI веков были получены новые фактические данные о составе, количестве и способах миграции глубинных флюидов. Вместе с тем окончательное решение проблемы дегазации Земли далеко от завершения. Во многом ее последующее развитие зависит от количества привлекаемого фактического материала и доказуемости теоретических построений.

В геологическом развитии Земли дегазация планеты осуществлялась непрерывно, хотя и с неодинаковой интенсивностью. Она всегда контролировалась структурами повышенной проницаемости в земной коре и мантии. При этом планетарная сеть рифтовых структур образует глобальную систему дегазации Земли. В этом плане на современном этапе Южное полушарие более активно по сравнению с северным, так как в нем в большей мере сосредоточены океаны и находятся самые активные океанические рифтовые структуры. Горячие точки (плюмы) также представляют собой области интенсивной дегазации Земли.

Остаточная дегазация Земли с позиции глубинного тепломассопереноса.

Новые данные о масштабах и механизмах дегазации Земли с позиции геодинамики потребовали пересмотра традиционных фиксистских взглядов на геотермический режим планеты. Согласно существовавшим ранее представлениям интенсивность теплового потока на поверхности Земли определялась накопленной тепловой энергией железо-никелевого ядра и радиогенной теплогенерацией силикатных пород земной коры и верхней мантии. Величины радиогенной теплогенерации зависят от состава горных пород и могут быть определены по значениям скоростей прохождения упругих волн. Полученные значения плотности теплового потока и теплогенерации были проверены их сопоставлением вдоль многочисленных профилей ГСЗ. Характер изменения плотности теплового потока отвечает кондуктивному механизму передачи тепла.

Появление тектоники литосферных плит заставило изменить старые механизмы глубинного теплопереноса с добавлением конвективной составляющей. Последнее означает, что вещество внешнего ядра и мантии Земли активно перемешивается в результате сверхадиабатического температурного градиента, образуя двухъярусные конвективные ячейки. Новый подход позволяет говорить о глубинном тепломассопереносе, как основополагающем механизме наблюдаемого геотермического режима, не отрицая вклада радиогенной теплогенерации и кондуктивной теплопередачи.

В результате действия активных геодинамических процессов, сопровождаемых остаточной дегазацией Земли, предполагается более дифференцированная картина распределения плотности теплового потока на ее поверхности. Основной вклад в создание структуры этой неоднородности вносит планетарная сеть глубинных разломов. Глубинные разломы представляют собой зоны подвижного сочленения крупных блоков земной коры и подстилающей верхней мантии. Через них осуществляется термодинамическая связь верхней мантии и глубоких частей коры с поверхностью Земли.

В настоящее время для наиболее точного отражения тепловых полей различных территорий наибольшее распространение получили карты плотности теплового потока. Отраженный на них тепловой поток часто определялся как стационарный в виде произведения геотермического градиента на теплопроводность горных пород. При этом геотермический градиент вычислялся по замерам температуры в буровых скважинах ниже глубины залегания «нейтрального» температурного слоя (40-100 м). Измерения температуры осуществлялись, как правило, при помощи электротермометров с погрешностью до 0,5°С. При точных (прецизионных) специализированных геотермических исследованиях использовались полупроводниковые (термисторные) или кварцево -резонансные датчики температуры с погрешностью не более 0,05°С. В отдельных случаях использовались ртутные максимальные термометры, погрешность которых до 1,0°С.

В пределах Европы и Азиатской части бывшего СССР, при определении величины теплового потока, в наблюденные значения геотермического градиента обычно вносились различные поправки, учитывающие долгопериодные изменения температуры поверхности Земли вследствие неотектонических движений и изменения климата, а также движение подземных вод, осадконакопление и рельеф дневной поверхности

В физическом отношении процессы глубинного тепломассопереноса, происходящие в пространстве соответствующих каналов, не являются непрерывными явлениями, они скорее дискретны. Такая дискретность обусловлена геодинамическими обстановками земной коры и термодинамическими явлениями, происходящими в верхней мантии на определенных отрезках геологического времени. Благоприятная обстановка для миграции глубинных масс по вертикали в пространстве каналов ГТМП создается в период геодинамической активизации земной коры, которая происходит в результате определенных термодинамических процессов в верхней мантии. Эти термодинамические процессы выражаются в адиабатическом расширении значительных объемов глубинного вещества, накопившегося вблизи поверхности верхней мантии. В результате этого под воздействием больших давлений и температур сосредоточенные у границы Мохоровичича массы глубинного вещества будут прорываться в верхние части земной коры по ослабленным зонам, т.е. по зонам пересечения глубинных разломов, создавших трещинные зоны.

Высокое давление и повышенная температура способствуют расширению межтрещинного пространства с развитием зон дилатансии. По этим зонам происходят процессы вертикальной миграции, (гидротермы с глубинными минералами и ювенильные газы) образуя каналы глубинного тепломассо-переноса. По мере подъема глубинных веществ их палеомиграционная зона будет приобретать свое первоначальное физическое состояние вплоть до накопления следующей порции активного материала, способной к созданию условий, приводящих к очередному адиабатическому расширению на уровне поверхности мантии. Поднимаясь к поверхности Земли по каналам ГТМП, флюидные потоки образуют локальные и весьма интенсивные геотермические аномалии. Для того чтобы выяснить распределение температуры вокруг канала ГТМП, а также размеры проницаемой для флюидов зоны и длительность процесса те-пломассопереноса используется метод численного термодинамического моделирования.

Этот метод базируется на следующих теоретических положениях. По достаточно протяженной по латерали и на глубину вертикальной зоне с плоскопараллельными стенками непрерывно движется нагретое на глубине вещество.

Заключение:

Проникновение продуктов дегазации Земли в осадочные толщи производит различные эпигенетические изменения на пути их следования. Определение пространственных закономерностей формирования минеральных ассоциаций под воздействием высокотемпературных флюидов предполагает картирование палеоканалов глубинного тепломассопереноса (ГТМП) на основе минералогических критериев. В рамках данной тематики была поставлена задача выявления аномально-термобарических минеральных комплексов по данным минералого-метрографических исследований нижне-среднеюрских терригенных отложений и пород палеозойского комплекса на эталонных участках месторождений в зонах воздействия активно действующих каналов ГТМП. Суммируя вышеизложенное, можно констатировать, что к настоящему времени проделана большая работа в плане изучения вещественного состава нефтематеринских пород и совершенствовании методов их изучения. Поэтому в дальнейших исследованиях следует уделить больше внимания систематизации и анализу экспериментальных данных с позиции глубинного тепломассопереноса.