Введение к работе
Актуальность темы
Поток тепла через поверхность Земли является интегральной характеристикой процессов, происходящих в недрах Земли, и обусловлен множеством факторов. Правильная интерпретация теоретических и экспериментальных данных по тепловому потоку и выявление вклада, вносимого в тепловой поток различными процессами, есть одна из актуальных задач геофизики.
Основным механизмом теплопереноса в мантии является тепловая конвекция. Тепловое поле литосферы, в которой преобладает кондук-тивный теплоперенос, определяется величиной мантийного теплового потока и значениями радиогенной теплогенерации пород коры.
В верхних трещиновато-пористых слоях земной коры тепловое поле может искажаться под влиянием гидротермальной циркуляции, что часто обнаруживается при геотермических измерениях. Изучение гидротермального тепломассопфеноса имеет особое значение в связи с проблемами формирования рудных и нефтегазовых месторождений.
Простейшие модели конвекции однокомпонентной жидкости в трещиновато-пористых средах далеко не всегда адекватно описьгеают гидротермальные процессы. При этом могут быть искаженными картины структуры и характера конвективных течений, которые во многом контролируют процессы растворения и осаждения минералов. Именно поэтому изучение влияния растворенных компонентов на особенности конвективных течений имеет важное теоретическое и прикладное значение. Исследованию данных проблем и посвящена настоящая диссфтационная работа.
Цели работы
-
Создание термомеханической модели формирования теплового поля в приповерхностном слое Земли, основанной на представлениях о развитой конвекции в мантии, с учетом вклада мантийной, радиогенной и диссипативной составляющих, а также влияния локальных процессов конвективного тепло- и массопфеноса.
-
Изучение влияния таких факторов, как неоднородность проницаемости, наличие примеси, модуляция градиента температуры и концентрации примеси, адсорбции компонентов и бокового нагрева на возникновение, характер и устойчивость конвективных движений жидкостей и смесей в пористой среде.
-
Построение количественных моделей флюидного тепломассопе-реноса в разломных зонах земной коры.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СПетербург ./
"Miw і mmmrm»*
Защищаемые положения
-
Термомеханическая модель, позволяющая с единых позиций трактовать наиболее общие закономерности распределения и эволюции теплового поля в приповерхностном слое Земли.
-
Результаты исследования влияния неоднородности проницаемости пород, модуляции градиентов температуры или концентрации примеси, адсорбции компонентов, многокомпонентности состава и горизонтальной компоненты геотермического градиента на возникновение, структуру и устойчивость конвективного движения флюида в пористой среде.
-
Модель гидротермальной конвекции в разломных зонах земной коры, основанная на представлении указанных зон как системы связанных конвективных контуров; соответствующие математические методы исследования и результаты практических приложений построенных моделей.
Научная новизна
-
Построена трехмерная термомеханическая модель формирования теплового поля в приповерхностном слое Земли, поля напряжений и рельефа поверхности, основанная на современных представлениях о развитой конвекции в мантии и обобщающая известные модели аналогичного типа.
-
Впервые построены карты устойчивости различных линейных (с учетом модуляции параметров, адсорбции примеси) и нелинейных режимов конвекции бинарной смеси в пористой среде, с целью их приложения к изучению движения флюидов в земной коре.
-
Впервые получен критерий конвективной устойчивости многокомпонентных смесей и растворов.
-
Впервые предложена модель гидротермальной конвекции в разломных зонах земной коры, основанная на представлении указанных зон в виде системы замкнутых, пористых, гидродинамически связанных контуров, окруженных непроницаемым теплопроводным массивом пород. Развиты адекватные математические методы.
Научное и практическое значение
-
Рассмотренная модель позволила с единых позиций трактовать наиболее общие закономерности распределения и эволюции теплового поля в приповерхностном слое Земли.
-
Результаты работы могут быть использованы для вычисления полей скорости и вязких напряжений в областях срединно-океаничес-ких хребтов по экспериментальным значениям теплового потока. В частности показано, что поле вязких напряжений в указанных областях пропорционально квадрату теплового потока.
-
Анализ результатов решения линейных и нелинейных задач конвекции бинарной смеси показывает возможность периодического и квазипериодического режима гидротермальной конвекции, что отражается на процессах формирования месторождений.
-
Полученные аналитические решения позволяют эффективно оценить вклад в тепловой поток гидротермальной конвекции в раз-ломных зонах земной коры, определить глубину залегания и характерные размеры областей концентрации рудных и углеводородных компонентов.
Апробация работы
Основные положения и отдельные результаты работы докладывались на итоговом Международном симпозиуме проекта 11-3 КАПГ "Геофизические свойства вещества и внутреннее строение Земли" (Махачкала, 1990), на Международной научной конференции, посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН (Махачкала, 1999), на научных семинарах в Геологическом институте РАН, в Институте экспериментальной минералогии РАН, в Институте проблем геотермии ДНЦ РАН, в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН, в Институте прикладной математики РАН.
Публикации
По теме диссертации опубликованы 17 статей, 5 депонированных рукописей и 6 тезисов к докладам.
Структура и объем работы
