Введение к работе
ктуальность работы. Многочисленные геофизические данные, в частости данные сейсмической томографии свидетельствуют о том, что элыпинство крупномасштабных структур литосферы (зоны континен-ільной коллизии, рифты, зоны субдукции) имеют глубокие корни, протирающиеся вглубь мантий. Эти корни могут иметь различное происхо-дение, несомне .но однако, что они генетически связаны с поверхност-ыми тектоническими структурами. Поэтому независимо от того, сфор-ированы структуры литосферы под воздействием внутриплитных или антийных процессов, их моделирование не может быть проведено в амках простой кинемаї. - плит, необходимо учитывать и взаимодейст-ие в системе поверхностный слой - верхняя мантия. Это относится в ча-гности к моделям эволюции осадочных бассейнов, поскольку практиче-ш ни одна из них не рассматривает взаимодействий в системе литосфе-а - астеносфера - верхняя мантия. Это приводит к тому, что граничные ;ловия часто задаются достаточно произвольно, без учета динамики антии. Построение моделей региональных тектонических структур, со-іасованньгх с динамикой конвективных движений в мантии было начато .П. Мясниковым с соавторами. Данная работа развивает этот подход, [ринципиальным ее отличием является включение в модель маловязких тоев (астеносферы и осадков), что существенно усложняет характер дви-:ений в поверхностной оболочке. Модель позволяет естественным обра-зм, без привлечения дополнительных предположений устранить ряд рас-эждений возникающих при сопоставлении реальных структур с тради-ионными модельными аналогами (это касается, в частности, пострифто-ых осадочных бассейнов и предгорных прогибов).
[ель и задачи исследований. Целью работы являлось построение тер-6-механической модели эволюции реологически расслоенной четырех-тойной (верхняя часть подастеносферной мантии, астеносфера, литосфе-а, осадочный слой) периферической оболочки Земли в рамках модели їзкой сжимаемой жидкости, асимптотически согласованной с уравне-иями динамики мантии; разработка программного обеспечения, позво-яющего исследовать эволюцию поверхностного слоя как в периоды рас-їжєния и сжатия внешними силами, так и в периоды релаксации, когда нешние воздействия отсутствуют; исследование основных особенностей
2 модельных структур и их сравнение с реальными тектоническими струи турами и с результатами других геодинамических моделей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
обзор и анализ основных моделей эволюции региональных тектонич
ских структур, обоснование постановки задачи.
в получение полной термо-механической системы эволюционных урав нений для четырехслойной поверхностной оболочки, согласованной уравнениями мантийной динамики.
в получение в явном виде уравнений для скоростей движений в слоях их качественный анализ, разработка алгоритмов и создание соответ ствующего математического обеспечения для их численного решения.
расчет модельных примеров при различном характере внешнего рас тяжения-сжатия, анализ эволюции полученных модельных поверхне сгных структур.
исследование влияния вертикального градиента плотности астеносфе ры с глубиной на эволюцию структур литосферы (положительный нулевой и отрицательный градиент), оценка роли процессов осадко накопления и денудации
оценка влияния маломасштабной конвекции в астеносфере на форми рование и развитие пострифтовых осадочных бассейнов и системі горное сооружение - предгорный прогиб; сравнение с геологическим] и геофизическими данными (Северное море, Северо-Кавказский про гиб и др.).
Основные защищаемые положения состоят в следующем:
-
Построена новая термо-механическая модель эволюции реояогичесю расслоенного погранслоя, включающая осадочный слой, литосферу астеносферу и верхнюю часть мантии и согласованная с конвектив ными движениями в мантии.
-
С использованием данной модели обоснована важная роль маломас штабной конвекции в астеносфере в процессе эволюции структур рас тяжения и сжатия.
-
На основе детального численного моделирования развития маломас штабной конвекции в областях растяжения и сжатия показано, чт< характер развития поверхностных структур лучше соответствует ну
левому или небольшому положительному градиенту плотности астеносферы с глубиной.
Исследован характер погружения осадочных бассейнов в зависимости от термического режима астеносферы и нижележащей мантии. Показано, что процесс маломасштабной конвекции приводит к увеличению амплитуды погружения бассейна на пострифтовой стадии. Разработана новая геодинамическая модель формирования и эволюции предгорных прогибов. Показано ее хорошее согласование с данными о строении и эволюции ряда Альпийских прогибов. Модель позволяет проводить корреляцию тектонических событий, происходящих з горном сооружении и предгорном прогибе.
Все перечисленные результаты получены впервые, в чем и состоит аучная новизна данной работы.
рактическая ценность. Полученные в работе результаты позволяют >лее достоверно исследовать процесс формирования осадочных бассей-)в. В частности, меняется оценка величины начального погружения и, іедовательно, термического режима и степени преобразования углеводо->дов; показано, что амплитуда термического погружения осадочных бас-йнов должна зависть от их ширины; новая модель формирования пред-рных прогибов меняет термическую историю осадочных толщ, и позво-[ет проводить корреляцию тектонических событий в предгорном проги-іиворогене.
груктура и объем работы. Работа состоит из 112 страниц машинописно текста; она включает введение, три основные главы, объединяющие разделов, заключение и библиографию из 96 наименований.
[іробация работы и публикация результатов. Результаты отдельных апов работы докладывались на 14 Всесоюзных и Международных конвенциях и конгрессах. По теме диссертации опубликовано 7 работ в ферируемых изданиях и 18 тезисов, 1 статья находится а печати. Ре-льтаты работы вошли в содержание 5 отчетов по различным научным юектам.
Диссертация выполнялась под руководством академика РАН П.Мясникова и д.ф.-м.н. В.О.Михайлова, которым автор выражает глу-
4 бокую благодарность. Автор пользуется случаем поблагодарить коллег го лаборатории Е.А. Киселеву, Е.И. Смольянинову и С.А. Тихоцкого. Ана лиз данных по Предкавказью проводился совместно с проф. Н.В. Коро новским, К.Г.-М.Н. Л.В. Паниной (Геологический факультет МГУ) и док тором Риккардо Полино (Турин, Италия), которым автор также выражас свою признательность.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 93-05-8444, 96-05 64548), INTAS (грант 93-05-3884) и ISF (фонд Дж. Сороса, гранть MGB000 и MGB300).