Введение к работе
Актуальность работы. Коротковолновое гравитационное поле в диапазоне пространственных длинн волн от нескольких десятков до тысячи километров является важнейшим источником данных о геометрии шютностных аномалий в континентальной литосфере.
Одной из самых активных (и мало изученных) зон внутриконти-нентальной коллизии является район сближения Казахского щита с Па-мирским и Таримским блоками в районе Тянь-Шаня. Анализ поведения гравитационных аномалий в этом регионе наводит на мысль о крайне необычном глубинном строении зоны взаимодействия плит.
Под действием различных геофизических факторов літосферная плита ведет себя подобно пластине с определенными реологическими характеристиками. В тех случаях, когда преследуется только задача восстановления общей конфигурации зоны Мохо, вполне достаточным является использование чисто упругой реологии. Критерием адекватности модели является близость расчетных (теоретических) гравитационных аномалий к наблюдаемым в действительности.
Накопившиеся к сегодняшнему даю данные геофизических наблюдений, в первую очередь по реологическим свойствам пород литосферы и по ее термической структуре, позволяют построить физически более адекватную модель изгибных деформаций литосферы, учитывающую хрупко-упруго-пластическую стратификацию, термическую структуру и различия в механических свойствах коры и мантии. Применение такой модели дает новый вклад в понимание геодинамических процессов в континентальной литосфере.
Цели исследования заключаются в построении адекватной гравитационно-механической модели зоны континентальной коллизии в районе Тянь-Шаня и в развитии общего, основанного на прямых экспериментальных и теоретических данных о реологии пород, подхода к моделированию изгибных деформаций континентальной литосферы. В этом смысле зона Тянь-Шаня используется так же и для апробации предлагаемого подхода.
Научная новизна работы. Построена гравитационно- механическая модель зоны взаимодействия плит в районе Тянь-Шаня, определяющая адекватную наблюдаемому гравитационному полю геометрию зоны. Произведены оценки механических параметров взаимодействующих плит. Сделан вывод о новом, прежде не встречавшемся характере процесса внутрпконтішентальноп коллизии в зоне Тянь-Шань-Тарим-Памир, представляющее собой обоюдную квазисимметричную субдукцию взаимодействующих тектонических единиц.
Разработан гибкий аппарат начисления огибающей предельных
дифференциальных напряжений в континентальной плите, учитывающий
различия в хрупко-упруго-плаотической реологии пород коры и пород
мантии, в также адекватную тер'мическую модель континентальной
литосферы. Исследовано влияние различных параметров огибающей пре
дельных напряжений на механическое поведение континентальной лито
сферы. Учтены эффекта от действия радиогенных источников тепла и
диссипативного тепловыделения вследствие вязких течений в нижней
коре. I
Впервые предложен и реализован метод, позволяющий прямое использование вертикально и горизонтально неоднородной нелішейной хрупко-упруго-плаотической реологии для моделирования пространственных деформаций континентальной литосферы. Исследован и объяснен ряд наблюдаемых эффектов, возникающих в литосфере из-за нелинейной зависимости ее свойств от параметров изгиба, тепловой структуры и возраста. Изучено влияние краевых условий на прочность и геометрию изгиба литосферной плиты со сложной реолоией.
Предложено и реализована эффективная численная процедура решения задачи изгиба континентальной литосферы на основе прямого использования данных по рерлогическим свойствам пород и термической структуре плиты.
фактическая ценность работы. Предложенная модель зоны взаимодействия плит в районе Тянь-Шаня и метод решения задачи изгиба континентальной литосферы дает ориентиры для проведения дальнейшего анализа сейсмических данных, данных по тепловым потокам и осадкам в предгорных котловинах. Модель позволяет проанализировать общее тепловое состояние литосферы. Предложена последовательная методика исследования зон взаимодействия плит: от начального упругого приближения к более сложной реологии в зависимости от цели исследования. Данная математическая и численная процедура обладает , достаточной гибкостью и- универсальностью для применения практически к любой задаче изгиба континентальной или океанической литосферы, включая применение еще более сложных реологии.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на научных семинарах ИФЗ АН СССР, на международном симпозиуме "динамические температурные режимы и деформация литосферы" в рамках Генеральной Ассамблеи Международного союза геодезии и геофизики в Ванкувере (1987 г.); на семинарах лаборатории сейсмологии Университета Париж-VI (Париж, 1988), лаборатории геофизики .Университета Париж-Юг (Париж, 1930), на научном соминпрл и 4;:-м -poiic-Z
НИС "Дмитрий Менделеев (1988); в лаборатории геотектоники Университета Париж-VI (Париж, 1990), лаборатории геодинамики Университета Париж-VI в Вильфраш-сюр-Мер (Вилъфранш, 1990); на 2-м Всесоюзном совещании "Тектоника литосферных плит" (Звенигород, 1989); на Конференции молодых ученых Института сейсмологии и ОМСЭ АН Киргизской ССР (Фрунзе; 1989), на Общемосковском семинаре по гравиметрии (1990), а также на семинарах сектора 214 ІЇФЗ ЛИ СССР.
По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.
Общая структура и объем работы. Диссертация состоит из введення, трех глав и заключения. Общий объем составляет'162 страницы, включая 117 страниц машинописного текста и 35 рисунков. Список литературы насчитывает 152 наименования.
Значительное содействие в постановке задачи, процессе исследований и в обсуждении результатов оказано д.ф.-м.н. М.Г.Коганом, которому автор выражает глубокую признательность. Автор благодорен профессору П. Молнару за значительную помощь в работе над первой главой предлагаемого исследования.