Окенический рифтогенез - Дубинин Е.П.
ISBN 5-89118-198-3
Скачать (прямая ссылка):
Изучение офиолитов показало, что существует четкая граница (барьер) между циркуляцией в плутонической толще, связанной с продвижением фронта трещиноватости и рудообразующей гидротермальной циркуляцией над кровлей магматических очагов. Переходная зона между габброидной толщей и щитовым дайковым комплексом характеризуется резким уменьшением книзу интенсивности гидротермальной циркуляции, а следовательно, и степени гидротермальных изменений пород.
Таким образом, геологические данные подтверждают, что гидротермальная система выше осевой магматической камеры в быстро раздвигающихся хребтах функционирует главным образом в щитовом дайковом комплексе и подушечных лавах. Система может проникать в слой изотропного габбро, который действует как переходная зона между гид-ротерамльной системой и магматической камерой или ее остывшим реликтом. Тепло переносится через переходную зону кондуктивным путем. А сама переходная зона может изменяться со временем.
С учетом этого геологического вывода Р.Лоувелл и Д.Барнелл [365] предложили математическую модель, проливающую свет на условия, при которых кондуктивный теплоперенос через переходный граничный слой согласуется с наличием выходов в виде черных курильщиков. В этой работе рассмотрена численная модель зависящего от
времени теплообмена через утолщающийся кон-дуктивный граничный слой между кристаллизующейся магматической камерой и одноканальной гидротермальной системой. Устойчивое решение достигается для различных значений проницаемости, что аналогично результатам, полученным простым масштабным анализом конвекции с высоким числом Релея в однородном пористом слое с фиксированным тепловым потоком в основании.
Если тонкий кондуктивный слой отделяет гидротермальную систему от нижележащей магматической камеры с конвективным перемешиванием, то граница в основании гидротермальной системы не является изотермической. Температурные условия могут, быть более сложными, чем условия постоянной температуры в основании. Отличие между этими двумя условиями очень важно. Если температурная разница сохраняется через пористый конвективный слой, то конвективный слой имеет выход к бесконечному резервуару тепла снизу. Мера конвективной энергии определяется числом Нуссельта. Если снизу поступает одинаковый тепловой поток, то теплоперенос в конвективной системе будет тем же самым, как и кондуктивный теплоперенос. Отличие состоит в том, что разница температур через слой будет меньше в конвективной системе, чем она была бы при кондуктивном теплообмене. Соотношение АТ! АГ0 -является мерой конвективой энергии для слоя с постоянным тепловым потоком снизу. Здесь АТ - разница температур в конвективом слое, а АТ о - разница температур, которая была бы в случае устойчивого кондуктивного теплообмена. В работе [365] впервые предложен анализ термической конвекции в однородном пористом слое с постоянным тепловым потоком снизу и постоянной Т сверху для высокого числа Релея. Масштабный анализ показывает изменение в Г и вертикальной скорости и, как функции числа Релея, что важно для понимания численных результатов. Численный анализ включал временную зависимость теплопереноса от кристаллизующейся магмы. Чтобы облегчить сравнение с предыдущими моделями, используется одно-канальная модель [187, 364]. Предложенная
численная модель является развитием модели Р.Лоувелла и П.Роны [364] с некоторыми важными изменениями, а именно, ранее свойства морской воды предполагались постоянными, а продвижение фронта “замерзания” зависимым от времени t, как 4t (как в классической проблеме Стефана в полу бесконечной среде). В последней модели предполагаются различные свойства морской воды [365].
5.3.1. Конвекция в пористой среде
В моделях ячеистой конвекции в пористой среде решается уравнение для более или менее однородной проницаемой среды, имеющей обычно геометрию в виде прямоугольника или прямоугольного параллелепипеда с соответствующими условиями
на границах. На верхней границе предполагается постоянное давление и температура, боковые границы полагаются непроницаемыми и изолированными, а нижняя граница предполагается непроницаемой либо с фиксированным тепловым потоком, либо с фиксированными температурными условиями. В этом случае уравнения сохранения массы, момента и энергии однородного флюида в пористой среде имеет вид [367]:
ЭФр г Эр гФи,
—JLL + JLL—- = о
Э t дх
к,,(дР . л
(5.1)
Фи, =-----2
П
Э Т
(5.2)
, эт
ЗхД "'Эх,
(5.3)
соответственно, где р - плотность, и, - скорость флюида, Ф - пористость, ку - тензор проницаемости, П - динамическая вязкость, Р - давление, ос/ -коэффициент термического расширения; Cpj— теплоемкость флюида при постоянном давлении; X - термическая проводимость, 5^ - дельта функция
