Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
К существенным элементам модели относится приближенная трактовка процесса гидротермального теплообмена в породах коры приосевой области зон спрединга. Теплообмен в области активной деятельности гидротерм (зона неовулканизма и прилегающая к ней область трещиноватости) описывался введением эффективного коэффициента теплопроводности для пород коры данного блока. Этот коэффициент превосходил нормальную теплопроводность пород настолько, чтобы в рассматриваемом блоке коры воспроизводился градиент температуры, близкий к среднему значению, наблюдаемому в реальном блоке с гидротермальной активностью.
Естественно, распределение температур внутри блока с эффективной теплопроводностью будет отличаться от распределения внутри реального блока с гидротермальной активностью, особенно если в последнем существуют локальные каналы водооб-
мена. Но при описании эволюции очага магмы, где не имеют значения детали распределения температур, а важны интегральные теплоподводящие и теплоотводящие свойства пород среды, окружающей очаг, приближение эффективной теплопроводности оказывается удобным инструментом исследования. Оно позволяет избежать рассмотрения громоздкой системы уравнений тепломассопереноса в сложной тепловой задаче формирования очага.
Приближение эффективной теплопроводности оправдано еще и тем, что, как показали недавние исследования, гидротермосистемы осевых зон спрединга являются чрезвычайно сложными многоярусными и многофазовыми системами, в то время как основная информация об их деятельности, заключенная в распределении теплового потока на поверхности дна океана, носит как раз интегральный характер. Конкретный вид изменения эффективной теплопроводности с глубиной и расстоянием от оси спрединга, а также от времени процесса, существенно влияет на формирование очага. Поэтому обсуждение результатов моделирования мы начнем именно с этого вопроса.
Распределение эффективной теплопроводности и форма магматической камеры
Естественно ожидать, что увеличение эффективной теплопроводности пород приведет к увеличению теплопотерь корового слоя и, как следствие, к заглублению кровли очага. Специальные расчеты, проведенные в рамках упрощенной модели с однородной теплопроводностью пород коры, подтвердили это. В примере с полускоростью спрединга 5 см/год (интрузия х = 5 м один раз в 100 лет) на оси для нормальных значений теплопроводности пород коры (К= 0,006 кал/см-с °С) кровля очага после 13 тыс. лет с начала внедрений располагалась на глубине около 1 км, тогда как для К = 0,06 кал/см-с-°С - на глубине 4,8 км по прошествии того же интервала времени. Это подтверждается и расчетами с переменными значениями теплопроводности (рис. 4.14).
Как видно из этого рисунка, существенное влияние на форму и положение кровли очага магмы оказывают изменения теплопроводности с расстоянием от оси спрединга и по глубине. Здесь все представленные кривые соответствуют модели эпизодического спрединга для внедрения интрузий шириной 50 м раз в 1000 лет; результаты представлены на момент времени t =160 000 лет. Как видно из этого рисунка, соответствующие распределения теплопроводностей К(х) показаны в правом верхнем углу рисунка. Характерно, что для всех распределений рис. 4.14 кровля камеры слишком медленно погружается с удалением от оси, так что полуширина камеры превосходит 4 км. Этот результат не согласуется с данными сейсмических экспериментов, которые ограничивают полуширину кровли камеры значениями 1,5-2,5 км даже для
Глубина, км
Рис. 4.14. Положение кровли камеры для различных распределений эффективной теплопроводности К(х) (сверху справа), по [23]
Пояснения см. в тексте
быстро раздвигающихся хребтов. Такому требованию наилучшим образом отвечает форма кровли камеры, представленная кривой д) на рис. 4.14. Она отвечает сложному распределению теплопроводности, показанному в верхней части рис. 4.15 с принятыми параметрами [25]:
1 + 4е v 0 < х< 1
1,5 1 < х < 2
3,5 2<х<4,5
7,5- х 4,5 < х< 6,5
1,0 х> 6,5
1,5 T>TS
(4.11)
В распределении (4.11) выделена центральная сильно трещиноватая область х < 0,5 км с высоким гидротермальным теплообменом (К/Ко >3), полоса умеренной гидротермальной активности в пределах неовулканической зоны (К/Ко > 1,5), область трещиноватости 2 < х < 4,5 с высокой степенью гидротермального теплообмена (К/Ко = 3) и область 4,5< х < 6,5 постепенного падения активности гидротерм и восстановления нормальных значений теплопроводности. В (4.11) учтено также, что трещины не могут распространяться в глубь магматического очага и, следовательно, область гидро-термальной активности должна быть ограничена по глубине, по крайней мере, изотермой солидуса базальта.
Эффективную теплопроводность пород внутри очага определить трудно. Предполагалось, что она в 1,5 раза превышает нормальную теплопроводность. В самом деле, хотя внутри очага и поддерживаются высокие температуры (Ts<Т< 1205° С), необходимые для частичного плавления материала, степень плавления базальтового вещества здесь не-
