Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
К аналогичным выводам пришли авторы работ [211, 212, 505]. Во всех трех моделях подошва литосферы определялась по положению температуры солидуса Тх и вязкое течение развивалось лишь в области ниже этой подошвы. В первой из упомянутых моделей вязкость пород в зоне развития вязко-
го течения предполагалась постоянной. В следующей модели [212] эта вязкость зависела от температуры. В модели [505] проведены расчеты с различными значениями вязкости мантии, что позволило оценить влияние ее вариаций на характер течения расплава. Несмотря на уточнение ряда процессов, управляющих конвективными движениями в мантии, и детализацию численной схемы расчетов, вывод из рассмотренных моделей оставался прежним: предложенные механизмы не объясняли фокусировку течения расплава у оси быстро раздвигающихся хребтов.
Для преодоления этого противоречия возможный физический механизм был предложен Д.Спарксом и Е.Парментье [504]. Они предположили, что породы, находящиеся в низах литосферы при температурах ниже температуры солидуса, но близких к ней, являются непроницаемыми для расплава. Непосредственно под ними формируется относительно тонкий слой (мощностью в несколько сотен метров) с повышенной пористостью, насыщенный расплавом, попавшим сюда в процессе его преимущественно вертикальной миграции из подстилающей мантии (рис. 4.11). Глубина этого прилегающего к основанию литосферы и обогащенного расплавом слоя, и его мощность увеличиваются по мере увеличения возраста литосферы (или с удалением от оси хребта). Как показано на основе квазидвумерной модели течения расплавленной фракции, перепад давлений, вызванный углублением этого слоя с удалением от оси, достаточен для фокусировки расплава, наблюдаемой по геофизическим данным в верхних горизонтах мантии у осей СОХ [504].
В работах [506, 162, 163] анализировались трехмерные модели течения расплава и матрицы в
Ось
спрединга
г
Рис. 4.11. Упрощенная схема, демонстрирующая модель миграции расплава со слоем повышенной проницаемости в основании литосферы, по [504]
Рис. 4.12. Трехмерные модели распределения температур в осевой зоне СОХ с миграцией расплава и учетом нерегулярностей в простирании оси хребта, по [506]
тии и исследовалось влияние нерегулярностей границы плит (типа смещения сегментов СОХ длиной 300 км по трансформным разломам на 75 км) на возникновение и длину волны возмущения в под-литосферной мантии в присутствии течения плавучести, определяемого термическим расширением и композиционным обеднением мантии (рис. 4.12). Предполагалось, что предпочтительная длина волны вдольосевых ячеек, характерных для рассмотренных механизмов течения (сумма двух течений индуцированного движением плит и обусловленного плавучестью расплава и мантии), составляет примерно удвоенную толщину астеносферного слоя, или около 400 км. Расчеты показали также, что восходящее течение, вызванное раздвижением плит, будет создавать под трансформными разломами дополнительные вдольосевые градиенты температур и степени плавления мантии, которые будут усиливаться в присутствии течений плавуче-
сти. Относительная роль течений плавучести будет возрастать с уменьшением скорости спрединга, так что при медленных скоростях спрединга течение магмы под отрезками СОХ, смещенными по трансформным разломам, должно приближаться к трехмерному [506].
В моделях [162, 163] исследовалось влияние различных механизмов течения на возникновение и длину волны неустойчивостей в течении мантии в подосе-вой области СОХ и была сделана попытка связать параметры этих неустойчивостей с наблюдаемыми длинами волн вдольосевых неоднородностей рельефа и гравитационных аномалий СОХ. Анализ показал, что характерные размеры возникающих неустойчивостей сильно варьируют в зависимости от вязкости мантии и скоростей спрединга - от узких восходящих струй при медленном спрединге и низких значениях вязкости до широких поднятий при быстром спрединге и высоких значениях вязкости.
Эти модели, как и предшествующая, подтверждают тот факт, что восходящие движения магмы становятся преимущественно двумерными с увеличением скорости спрединга. Общий вывод из этой модели также согласуется с выводами предыдущих моделей: полученные из
расчетов длины волн конвективных движений (150-300 км) заметно превосходят характерные размеры неоднородностей, наблюдаемые вблизи осевых зон СОХ. В частности, вариации толщины коры в медленно раздвигающихся хребтах требуют для объяснения своей природы привлечения процессов, отличных от рассмотренных в этих моделях. С этой целью в работе [385] была предположена модель, предполагающая миграцию расплава к оси вдоль крыши области плавления, аналогичная рассмотренной в квазидвумерном варианте в работе [504], в которой авторы исследовали наблюдаемую фокусировку расплава к оси.
Л.Магде и Д.Спаркс в рамках нестационарной трехмерной модели анализировали процессы сегрегации и миграции расплава. Их расчеты подтвердили, что на участках СОХ с высокой структурной сегментацией рифтовой зоны степень плавления заметно выше, чем в слабосегментированных хребтах. Течение магмы под сегментами оказывалось существенно трехмерным, причем для медленно раздвигающихся хребтов в большей степени, чем для быстрых, что согласуется с выводами предыдущих моделей. Один из выводов этой работы состоял в том, что учет миграции расплава вдоль кровли области плавления позволяет объяснить наблюдаемые вариации вдоль оси в мощности коры и аномалиях Буге даже при умеренных степенях фокусировки расплава.
