Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
Хотя в целом рассмотренные модели неплохо описывали генеральные черты изменения теплового потока, рельефа дна и мощности океанической литосферы с возрастом, однако продолжающиеся геофизические исследования приносили новую информацию о строении и геофизических полях литосферы срединно-океанических хребтов и особенно их осевых зон. Открывшееся своеобразие теплового потока, рельефа осевых долин и горстов, особенности гравитационных и магнитных полей в осевых зонах хребта требовали уточнения существующих тепловых моделей.
На основе этих основополагающих моделей в дальнейшем развивались все остальные многочисленные модели рифтовых зон, которые можно разделить на четыре группы по характеру решаемых проблем и способам их решения. Анализ термомеханических процессов в первых трех этих группах проводится на основе стационарных моделей теплообмена и массопереноса, и только последняя, четвертая группа рассматривает нестационарные модели формирования коры и характерных структур приосевой области хребта.
Первая из упомянутых групп включает в себя стационарные тепловые модели с горизонтальным движением коры и аналитическим полем скоростей расходящегося течения невязкой мантии и литосферы. Модели анализируют соотношения толщины литосферы и корового слоя при разных скоростях спрединга и заметной роли гидротермальной деятельности [439, 199, 283, 232]. Модели второй группы рассматривают теплообмен со стационарным полем скоростей миграции расплава и деформации коры и мантии при переменной вязкости среды. Их цель - объяснить изменение мощности коры в зависимости от скорости спрединга, характера сегментации хребта и положения изучаемого участка осевой зоны хребта относительно краев сегмента [507, 503, 504, 505, 211, 212,506, 438, 162, 163, 200]. Третью группу моделей составляют все стационарные тепловые модели, анализирующие проблемы существования подосевых коровых очагов магмы [494, 498, 411, 561, 288, 438, 200]. И, наконец, в четвертой группе рассматривается неста-
ционарная тепловая модель подосевых очагов магмы, позволяющая анализировать процесс формирования корового очага от момента его зарождения до становления его устойчивой формы, а также проследить процесс его деградации после прекращения спрединга [22, 23, 25, 26].
4.4.2. Стационарные распределения температур и формирование корового слоя в рифтовых зонах СОХ
Стационарные распределения температур в осевых зонах СОХ с горизонтальным полем скоростей
Термическое состояние осевой зоны
Н.Слип [494] первым анализировал распределение теплового потока и температур в осевой зоне СОХ. Он решал стационарное уравнение теплопроводности (4.1) с A(x,z) = 0 в прямоугольной области х > 0,0 5 z < Н со стандартными граничными условиями: 7’ = 0 на поверхности области счета (z = 0), Т-Тн в ее основании (z = Н) и дТ/дх = 0 при х -На оси х = 0 задавался тепловой поток:
ciT
- К—— = v • р • Ср • (7] — Т) приг>#с,(4.5) Эх
где Не - толщина коры, и
г^'Т7
_ х = v- p-C/,-(7T-7) + v- p'L ах
при 0 < z < Не (4.6)
в пределах коры. Здесь L- 90 кал/г - скрытая теплота плавления базальта. Температура пород интрузивной зоны Tt ,росла с глубиной по кусочнолинейному закону с градиентом dr,/dz = 3° С/км в пределах коры (0 < z < Нс), 1 °С/км - в пределах зоны сегрегации (Нс <z< Hs), где Hs~ 33 км и 0,3° С/км - в пределах адиабатической зоны в мантии (Hs < z < Н), где (d77dz)a</= 0,3° С/км - адиабатический градиент температуры в мантии. (Значения других параметров, используемых в модели: К = 0,006 кал/см с-°С, р-Ся = 0,91 кал/см • °С, Тн=1290 °С,Я=100 км.)
Решение получалось разложением искомого распределения температуры в ряды Фурье. Вдали от оси (г = 0), где горизонтальные градиенты температур были пренебрежимы, глубины изотерм были близки к полученным в моделях [396, 424]. В то же время учет эффекта скрытой теплоты плавления позволил Н.Слипу более корректно описать высокотемпературный режим приосевой области океанической литосферы и даже приблизиться к имитации теплового режима подосевой магматической камеры [494].
И все же в ряде деталей модель нуждалась в совершенствовании. Прежде всего, это касалось ус-
ловий на оси рифта (4.5) и (4.6). Они предполагают отличие производной ЭТ/Эх от нуля на оси д: = О, что отражается в резком заглублении изотерм у оси хребта с крутизной их наклона, растущим с увеличением скорости спрединга V [494]. Это противоречит наблюдениям в СОХ, согласно которым как изотермы, так и кровля магматического очага в осевой области почти горизонтальны, что соответствует условию дТ/дх = 0. Можно отметить также, что высокотемпературные изотермы в модели, и в том числе изотерма, фиксирующая кровлю очага, располагаются заметно ближе к поверхности дна, чем это следует из сейсмических наблюдений. Выделение скрытой теплоты плавления в модели [494] локализовано в коре в пределах узкой зоны на оси спрединга, причем предполагается выделение полного объема теплоты плавления независимо от степени плавления ее вещества (температура ликвидуса пород коры, Ti., вообще не участвует в вычислениях температуры). В действительности скрытая теплота распределяется по широкой области затвердевания пород, включающей объем и кровлю и края магматического очага и ее величина сильно зависит от локальной степени плавления вещества коры.
