litceysel.ru
добавить свой файл
  1 ... 36 37 38 39 40
ф) сетку изображено на рис. 5.


Величина и расположение кратонов приближенно соответствуют реальным дан­ным [10]. Моделирование показало, что, как и в случае прямоугольных в плане кра­тонов [7, 3, 11], реальные кратоны Цетральной Азии порождают аналогичные структу­ры. Наблюдаются устойчивые восходящие потоки в виде плюмов; нисходящие потоки и прогретые области по периферии кратонов. Перенос мантийного вещества от основа­ний кратонов к верхним горизонтам (обтекание) проявляется в виде мелкомасштабной моды конвекции около бортов кратонов.

Реологические особенности Центральной Азии по данным геотермии и сейсмотомо-графии [10] достаточно хорошо прослеживаются на рассчитанных глубинных тепловых полях. Например, совпадают положения центрального плюма и восходящего потока в северо-западной части Сибирской платформы под архейским кратоном, ответственные за трапповый магматизм, который имел место в прошлом Сибирской платформы с сере­дины пермского периода и до начала триасового. Предполагается, что в то время кратон проходил над нижнемантийным плюмом. Сложение температур верхне- и нижнеман­тийного плюмов привело к излиянию платобазальтов на западе Сибирской платформы. Участие нижнемантийного вещества в излияниях сейчас подтверждено геохимическими и изотопными исследованиями лав Сибири [12].




На рис. 4 показаны сечения на глубинах 150 км. Видно, что северо-западный плюм под архейским кратоном мощностью 320 км (см. рис. 3) изменил направление, обтекая подошву кратона, породив восходящий поток около северо-западного угла Сибирской платформы. Под другим архейским кратоном, расположенным на юге Сибирской плат­формы, также наблюдается восходящий поток, который обтекает кратон и порождает разогретую область у борта кратона, в районе озера Байкал, а также между Тувинским комплексом кратонов и Сибирской платформой. Здесь скорее всего происходит сложе­ние восходящих обтекающих потоков. Ареалы гранитного и бимодального магматизма по периферии кратонов напрямую связаны с восходящими потоками в этих областях, что и подтверждает численный эксперимент.


Ранее, в работе [13], обсуждался эффект верхнемантийной конвекции в геофизи­ческих полях и рельефе по результатам двухмерного моделирования конвекции под кратоном. Было показано, что наличие толстой химически отличной кондуктивной ли­тосферы ответственно за формирование более горячей мантии под кратоном, что обес­печивало соответствие рассчитанных и наблюдаемых гравитационных аномалий и ре­льефа.

Представленная здесь трехмерная численная модель конвекции также обнаружива­ет повышение средней мантийной температуры под кратоном на 100 °С, но вместе с тем показывает более сложные формы рельефа кратона, обусловленные динамическим воздействием конвекции.

Для сравнения рельефа Сибирской платформы (см. рис. 1) с результатами вычисле­ний воспользуемся картой распределения температуры в литосфере кратона на глубине 150 км (см. рис. 4). Как было показано в [13], более высокая температура в литосфере соответствует приподнятым участкам литосферы, а пониженная температура — отно­сительно опущенным участкам поверхности. Из сопоставления рельефа платформы с полем температур видно что на платформе, как и в модели, существуют два региональ­ных поднятия — плато Путорана на северо-западе и Патомское нагорье, Алданский щит на юго-востоке Сибирской платформы. Эти два поднятия разделены вытянутой в центральной части низменностью Вилюйской синеклизы (вдоль реки Вилюй) и низмен­ностью вдоль рек Нижняя Тунгуска и Подкаменная Тунгуска. На рис. 4 как следствие численного эксперимента можно видеть протяженную зону нисходящего потока: тем­ная холодная область (примерно 650 °С) в центральной части Сибирской платформы с направлением от северо-восточной части к юго-западной, между архейским кратонам под плато Путорана и южным архейским кратоном. Таким образом, обнаруживается соответствие существующего рельефа Сибирской платформы результатам трехмерного моделирования конвекции под Сибирским кратоном.


По геолого-геофизическим данным [10], в районе южнее Сибирского кратона и се­вернее Тарима и Северо-Китайской платформы мощность литосферы составляет от 40 до 75 км. В численной модели толщина литосферного блока в указанном районе при­нималась равной 60 км. В результате численного моделирования было показано, что в зоне ловушки, как правило, преобладают нисходящие потоки холодного мантийного ма­териала. И в конкретной геологической обстановке, а именно, в случае взаимодействия четырех кратонов, в самой ловушке также наблюдаются цепи классических нисходя­щих потоков. На глубине 350 км обнаруживается достаточно холодное (650... 750 °С) мантийное вещество (см. рис. 3). Следует заметить, что под территорией Западно­Сибирской плиты, где мощность литосферы составляет 120 км, комплекс нисходящих потоков в среднем на 100 °С выше. В районе озера Байкал, в области ловушки (мощ­ность литосферы 60 км), в непосредственной близости от Сибирского кратона (мощ­ность литосферы 320 км), наблюдается тепловая аномалия в виде мелкомасштабной конвективной ячейки, которая имеет вытянутую форму и может в какой-то степени обьяснить повышенный тепловой поток в Байкальском регионе (рис. 3).

Основные результаты работы сводятся к следующему. Построена численная модель трехмерной конвекции под кратонами Центральной Азии. Приведены результаты чис­ленного моделирования и их геолого-геофизическая интерпретация. Дальнейшее совер­шенствование численной модели представляет задачу ближайших исследований.

Авторы благодарят Н.А. Бушенкову за полезные обсуждения.

Список литературы


[1] ДОБРЕЦОВ Н.Л. Пермотриасовый магматизм и осадконакопление в Евразии как отра­жение суперплюма // Докл. РАН. 1997. Т. 354, № 2. С. 220-223.

[2] ДОБРЕЦОВ Н.Л., Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин A.A. Глубинная геодинамика. Ново­сибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 409 с.

[3] Тычков С.А., Червов В.В., Черных Г.Г. Численная модель трехмерной конвекции в верхней мантии Земли // Физика Земли. 2005. № 5. С. 48-64.

[4] Рыков В.В., Трубицин В.П. Численное моделирование трехмерной мантийной конвек­ции и тектоника литосферных плит // Вычисл. сейсмология. 1994. Вып. 26. С. 94-102.

[5] Busse F.H., Christensen U., Clever R. et al. 3D Convection at infinite Prandtl number in cartesian geometry a benchmark comparison // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 1993. Vol. 75. Р. 39-59.


[6] Zhong S., Zuber M. Role of temperature-dependent viscosity and surface plates in spherical shell models of mantle convection // J. Geophys. Research. 2000. Vol. 105, N B5.

P. 11063-11082.

[7] Tychkov S.A., Chervov V.V., Chernykh G.G. Numerical modeling of 3D convection in the Earth mantle // Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 2005. Vol. 20, N 5. P. 483-500.

[8] Червов В.В. Моделирование трехмерной конвекции в мантии Земли с применением неяв­ного метода расщепления по физическим процессам // Вычисл. технологии. 2006. Т. 11,


4. C. 73-86.

[9] Тычков С.А., Черных Г.Г., Червов В.В. Трехмерное моделирование конвекции под кратонами Центральной Азии // Вычисл. технологии. 2007. Т. 12. Спец. выпуск 4: Труды V Совещания российско-казахстанской рабочей группы по вычислительным и информа­ционным технологиям, Новосибирск, 6-8 февраля 2007 г. С. 85-95.

[10] Бушенкова H.A. Неоднородности верхней мантии и современная структура литосферы центральной Сибири по данным сейсмотомографии на отраженных волнах: Автореферат дис. ... к.г.-м.н. Новосибирск, 2004. 20 с.

[11] Тычков С.А., Червов В.В., Черных Г.Г. О численном моделировании тепловой кон­векции в мантии Земли // Докл. РАН. 2005. Т. 402, № 2. С. 248-254.

[12] Basu A.R., Poreda R.J., Renne P.R. et al. High 3He plume origin and temporal-spatial evolution of the Siberian flood basalts // Science. 1995. Vol. 269. P. 822-825.


[13] Тычков С.А., Рычкова Е.В., Василевский А.Н., Червов В.В. Тепловая конвек­ция в верхней мантии континентов и ее эффект в геофизических полях // Геология и

геофизика. 1999. Т. 40, № 9. C. 1275-1290.


Поступила в редакцию 11 января 2009 г., в переработанном виде — 30 марта 2009 г.


В ближайших номерах/Forthcoming papers

Kearfott R.B., Nakao M.T., Neumaier A., Rump S.M., Shary S.P., van Henten­ryck P.


<< предыдущая страница   следующая страница >>