Введение к работе
Актуальность темы. Применение высокоточной техники в исследованиях морского дна позволило в последние годы выявить тонкую структуру рнфтовых зон срединно-океанических хребтов (СОХ). Геоморфологические и геолого-геофизические данные, полученные при крупномасштабном картировании рифтовых зон СОХ с помощью высокоразрешающих многолучевых эхолотов, сонарных систем бокового обзора, подводного фотографирования и подводных обитаемых аппаратов существенно дополнили традиционные представления о концепции спрединга. Эти данные показали, что глобальная непрерывная система рифтовых зон СОХ разбита на множество сегментов морфоструктурными нарушениями разных типов (такими как тройные соединения, трансформные разломы и др.) [Macdonald et. al., 1991; Дубинин и др., 1992; Lonsdale, 1994]. Среди таких нарушений на Восточно-Тихоокеанском поднятии (ВТП), где наблюдаются средние (5-8 см/год) и большие(8-14 см/год) скорости спрединга, были обнаружены многочисленные морфоструктурные неоднородности, представляющие собой области кулисообразного перекрытия центров или осей спрединга (ПЦС), по которым осевые зоны смещаются на расстояния от сотен метров до 20-30 км. Повышенное внимание к этим структурам вызвано необходимостью дальнейшего познания закономерностей образования и развития океанической коры и морфоструктурного плана дна океана, а также практическим интересом, связанным с поиском месторождений полезных ископаемых, особенно - глубоководных полиметаллических сульфидов.
Важную роль в понимании генетической природы осевых зон срединно-океанических хребтов играют существующие геодинамические модели их глубинного строения, термического режима, напряженного состояния литосферы и гидротермальной конвекции. Такие модели помогают объяснить процессы формирования трещин, сбросов, периодичность вулканических излияний, Р-Т условия, контролирующие формирование рельефа и гидротермальную циркуляцию. Поэтому развитие существующих и построение новых геодинамических моделей таких активных зон, как срединно-океанические хребты остается актуальной задачей геоморфологии, геологии и геофизики. После открытия зон перекрытий центров спрединга в зарубежной литературе появились различные математические модели их образования и
р.ішипш. Однако, протекающие здесь процессы настолько сложны, что описать ич теоретически, с -омощью математического моделирования, без значительных упрощений, представляется затруднительным. Поэтому важное значение для изучения процессов, происходящих в осевых зонах средннно-океанических хребтов, приводящих к образованию таких специфических морфоструктур, как ПЦС, приобретает метод физического моделирования. Эксперименты, проведенные зарубежными исследователями не объяснили полностью строение и эволюцию ПЦС. В развитие этих работ мы также провели эксперименты по физическому моделированию ПЦС. Их результаты являются основой настоящей работы.
При разработке методических принципов физического моделирования
мы использовали опыт, накопленный в этом направлении сотрудниками
проблемной лаборатории эрозии почв и русловых процессов кафедры
геоморфологии географического факультета МГУ (Н.И.Маккавеев,
О.КЛеонтьев, Н.В.Хмелева и др.), лаборатории геотектоники и тектонофизики
кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ
(М.А.Гончаров, В.Г. Талицкий, В.А.Галкин и др.). лаборатории
тектонофизики Института Физики Земли РАН (М.В.Гзовский, Д.Н. Осокина, А.М.Сычева-Михайлова и др.), лаборатории тектонофизики Института земной коры СО РАН (СИ.Шерман, С-А.Борняков, В.Ю.Буддо и др.), экспериментальной лаборатории Института геологии и геохимии горючих ископаемых АН Украины (А.Н.Бокун).
Цель работы - использование экспериментального геодинамического моделирования для изучения особенностей рельефа дна и эволюции литосферы в зонах перекрытия осей спрединга Восточно-Тихоокеанского поднятия.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной в работе цели необходимо было решить следующие основные задачи:
на основе комплексного анализа рельефа дна и геолого-геофизических данных выявить закономерности строения зон перекрытий осей спрединга Восточно-Тихоокеанского поднятия;
с помощью экспериментального моделирования исследовать условия образования и развития перекрытий центров спрединга;
провести анализ структур, полученных в результате моделирования, и сопоставить их с геоморфологическими и ге->лого-геофизическими данными по исследованным перекрытиям центров спрединга;
- выявить глубинные процессы, контролирующие морфоструктуру зон
перекрытий центров спрединга и прилегающих к ним областей океанического
дна.
Для проведения экспериментального геодинамнческого моделирования автору работы потребовалось решить ряд методических и технических вопросов:
- разработать и создать экспериментальную установку;
- разработать методику проведения экспериментов и визуализации
полученных экспериментальных картин;
' - овладеть методиками приготовления и исследования реологических свойств модельных материалов, отвечающих условиям подобия для решения такого класса задач.
Основные защищаемые положения.
Анализ геоморфологических и геолого-геофизических данных позволил выделить два типа перекрывающихся центров спрединга: крупные и мелкие, которые различаются строением, морфометрическими параметрами (размерами и формой в плане, глубиной центральной депрессии и соотношением длины перекрытых осей к их ширине), а также глубинной структурой.
Разработанный экспериментальный комплекс и методика проведения опытов по геодинамическому моделированию морфоструктур, связанных с растяжением литосферы в рифтовых зонах срединно-окенических хребтов.
При экспериментальном моделировании перекрытий центров спрединга Восточно-Тихоокеанского поднятия получены два типа ПЦС - крупные и мелкие, различающиеся по своим размерам и времени существования. Ведущую роль в их образовании играют геометрия оси спрединга (длина разрезов и ослабленных зон, их взаимное расположение); толщина деформируемого слоя коры, направление и скорость растяжения.
Условия образования зон перекрытий центров спрединга разных типов существенно различны. Мелкие (короткоживущие) перекрытия формируются на отдельных сегментах осевой рифтовой зоны, образующихся при крупномасштабных перестройках спрединга. Крупные (длительноживущие) перекрытия развиваются при продвижении двух сегментов навстречу друг другу.
Рельеф зон перекрытий центров спрединга меняется в процессе их эволюции и зависит от напряженного состояния литосферы, термического режима осевой магматической камеры, степени трещи новатости коры и интенсивности гидротермальной циркуляции. В зонах ПЦС существует геодинамическая связь между размерами и глубиной кровли магматической камеры и морфологией осевого поднятия.
Экспериментальная модель крупных перекрытий позволяет объяснить основные закономерности их образования, строения и эволюции.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:
Разработан и изготовлен оригинальный экспериментальный комплекс для физического моделирования процесса спрединга;
Отработаны методики проведения экспериментов и визуализации полученных экспериментальных картин;
Проведено физическое моделирование перекрывающихся центров спрединга Восточно-Тихоокеанского поднятия и исследована зависимость их образования от геометрических параметров и скорости растяжения модели;
В проведенных экспериментах получены два класса ПЦС - мелкие и крупные, различающиеся по строению, механизму образования и развития;
На основе экспериментальных результатов и анализа геоморфологических и геолого-геофизических данных предложена модель образования и развития перекрытий центров спрединга, объясняющая их рельеф и механизм миграции.
Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты могут быть использованы для изучения конкретных перекрытий центров спрединга, истории их образования и развития. Результаты экспериментов внедрены в экспозицию Музея землеведения Московского университета и используются в учебной работе для студентов географического и геологического факультетов. На основе экспериментальной модели эволюции перекрытий осей спрединга и анализа рельефа дна в этих областях, выявлены участки коры, перспективные на глубоководные полиметаллические сульфиды (ГПС). На этом основании разработаны рекомендации для повышения эффективности геологоразведочных работ на ГПС, которые представлены в трех научных отчетах, переданных в Полярную морскую геолого-разведочную экспедицию (ПМГРЭ) ПГО "Севморгеология" и ВНИИОкеанология в рамках хоздоговорных тем.
Разработанный экспериментальный комплекс может эффективно использоваться при моделировании различных морфоструктур, связанных с растяжением и сжатием литосферы.
Апробация работы. Материалы диссертации в целом и ее отдельные главы докладывались и обсуждались на: семинарах сектора геодинамики Музея землеведения МГУ (1986-1990г.г.); семинарах отдела тектоники литосферных плит Института океанологии АН СССР(1986,1988г.г.); Ш-й Тихоокеанской школе по морской геологии, геофизике и геохимии (Владивосток, 1987); 2-м Всесоюзном симпозиуме по экспериментальной тектонике в решении задач теоретической и практической геологии(Ялта, 1987); 8-й, 9-й и 11-й Всесоюзных школах по морской геологии (Геленджик, 1988, 1990, 1994); Всесоюзном совещании - XX Пленума Геоморфологической комиссии АН СССР (Владивосток 1989); Всесоюзном совещании: "Разломообразование в литосфере: тектонофизические аспекты" (Иркутск, 1990); Международной конференции: "Механика разрушения горных пород и тектоника" ( Монпелье, Франция, 1991 ); семинарах Института геофизики Центрального Национального Университета (Чун - Ли, Тайвань, 1992 ); семинаре лаборатории морской геоморфологии Географического факультета МГУ (1995); ХХГХ Тектоническом совещании "Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов" (Москва, 1996).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на ~JQb страницах машинописного текста. Она включает в себя 5 иллюстраций, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Библиография содержит jiiL_ наименований.
