Тектоническое погружение бассейна Растяжение и термическая активизация литосферы

бассейнов с относительно простой термической историей – монотонным остыванием литосферы после её прогревания на рифтовом этапе развития бассейна (McKenzie, 1978; Parson and Sclater,1980 и др.).
Кривая тектонического погружения использовалась лишь для подтверждения такого хода развития бассейна.

Как правило, тектоническое
погружение в 2-3 раза меньше
действительной глубины по-
верхности фундамента бассейна

в истории многих бассейнов мира
этапы растяжения литосферы могли повторяться неоднократ-
но (Восточно-Баренцевоморская впадина, север норвежского
шельфа, Северное море и другие; Newman and White, 1997). Вслед за
первым событием растяжения, связанным c начальным эпизо-
зодом рифтогенеза, через 40-100 млн. лет могли следовать до-
полнительные этапы растяжения литосферы с амплитудой
1.03 - 1.3 (Huismans et al., 2001).
Имеются бассейны, в истории которых рифтовая стадия оказы-
вается промежуточной, в результате чего рифтовые грабены
оказываются наложенными на осадочные отложения предшест-
вующих стадий и погребёнными под отложениями последую-
щих формаций (верхнемеловой – миоценовый грабен Сирт в
Ливийско-Египетском бассейне, юрско-нижнемеловые грабены
Центральный и Вайкинг в Североморском бассейне; Кучерук, Ушаков, 1985).

"а" - несколько этапов растяжения, "в" - растяжение литосферы продолжается и в современную эпоxу, "с" – оценки по палеомагнитным полюсам.

коры; δ - утонение подкоровой литосферы; t1 – время первой рифтовой фазы; t2 – время второй рифтовой фазы; t3 – время известково-щелочного вулканизма; t4 – время щелочного вулканизма; t1 – время пострифтового сводообразования.

погружения бассейна Уэд эль-Миа, восточный Алжир

нагрузки воды и осадков

Таким образом, моделирование бассейнов должно включать механизм, учитывающий неоднократные периоды тепловой реактивизации и растяжения его литосферы. Анализ тектонического погружения бассейна позволяет оценивать амплитуду и продолжительность этих событий.

нагрузка осадков и воды на поверхность фундамента (амплитуда смещения поверхности ZTs,) и
изменение в распределениии плотности пород фундамента с глубиной (амплитуда смещения поверхности ZTb) (например, при нагревании, охлаждении и растяжении литосферы, смещении фазовых границ, преобразовании габбро в эклогит в основании коры и др.)
Т.е. в отсутствии этих процессов глубина поверхности фундамента оставалась бы неизменной

уравновешиваются на уровне компенсации (нижняя граница области счёта Zk), получаются уравнения для расчёта вариаций составляющих тектонического погружения ZTs и ZTb.

уравнению:
g⋅ρw⋅Zw(0) + G(0) + g⋅ρa⋅(Zk - Zw(0) - l0)
= G(0) + g⋅ρa⋅(Zk - Zt(0) - l0)
из которого следует:

В то же время из равенства веса столбцов ВВ и В1В1:
g⋅ρw⋅Zw(t) + G(t) + g⋅ρs⋅S(t) + g⋅ρa⋅(Zk - Zw(t) - S(t) - l0) =
= G(t) + g⋅ρa⋅(Zk - Zt(t) - l0)
следует:

Из (7) и (8) выводим формулу, определяющую относительн

формулой:

Здесь t - время, t = 0 - начало формирования бассейна, Zw(t) - палеоглубины водной колонки на время t, S(t) - толщина осадочного покрова, ρa и ρw - плотности астеносферы и воды. Средняя плотность пород в столбце осадков ρs(t)::

мирового океана

Эвстатические колебания могли быть вызваны широкомасштабным таянием ледников, глобальными изменениями в картине спрединга, вытеснением воды при эрозии континентов, осушением или заполнением большиx водныx бассейнов Используя три наиболее известныx эвстатических кривых можно получить различие в оценкаx уровня океана в 100 - 250 м (Su et al. 1989) и эти вариации при умеренныx скоростях осадконакопления могут затушёвывать эффект тектоническиx событий на реконструируемое положение поверxности фундамента. (Артюшков и др., 1998) - многие из быстрых флюктуаций глубины морских бассейнов на континентальной коре были обусловленными не эвстатическими колебаниями уровня мирового океана, а проявлением в отдельные эпохи относительно быстрых вертикальных тектонических движений коры с амплитудами 20-100 м.

с осадочной толщей. И это позволяло вычислять амплитуду тектонического погружения, ZTb, из анализа изменений в глубинном распределении плотностей в фундаменте

Выражение для ZTb получаем, приравнивая веса столбцов
А1А и В1В1 на правом рисунке:

ρa⋅g⋅(Zk - Zt(t) - l0)

Из равенства веса столбцов А1АI и В1В1 имеем:

g - ускорение силы тяжести и G - вес столбца фундамента некоторой фиксированной высоты lo:

Глубина изостатической компенсации приходится на реоло-гически слабые породы астеносферы или низов литосферы.
Распределение плотности пород фундамента определяет ZTb.

начальный момент развития бассейна (t = 0).
При этом толщина столбца фундамента (l0) остаётся неизменной во всё время моделирования бассейна, наращиваясь в периоды растяжения литосферы, в то время как ZM - нижняя граница области счёта температуры – может меняться на толщину отложенных или эродированных осадков.
В такой модели глубина изостатической компенсации лежит ниже или совпадает с максимальной глубиной ZM в процессе моделирования бассейна. Такая глубина изостатической компенсации приходится на реологически слабые породы астеносферы или низов литосферы.
Распределение плотности пород фундамента определяет ZTb.

- изотермический коэффициент сжатия пород,
ρo (Z,t) - распределение ρ с глубиной при P=1 атм. и T=20oC.

переходе от “гранитного” слоя коры к
“базальтовому” и затем к мантии,
б) при фазовых переходах в мантии
в) при изменении мощности коры в периоды
растяжения литосферы или эрозии коры снизу.

Yamasaki, Nakada, 1997)
Плакиоглазовый перидотит в шпинелевый
(ρо=3.26→ 3.30 г/см3)
P(кбар) = 0.00515 × T(°C) + 3.92
Шпинелевый перидотит в гранатовый
(ρо=3.30→ 3.38 г/см3)
P(Кбар) = 0.000025×[ Т(°С) - 900 ]2 + 15
Первый переход приходится на глубины от 12 до 32 км
и в континентальной литосфере не имеет места, так как приходится на кору.
Второй переход – на глубины от 40 до 70 км. Он объясняет от 200 до 400 м рельефа поверxности фундамента.

км) и Т=1000°С получим Δρ = 0.078 – 0.106 = - 0.028 г/см3. При Р=50 кбар (z=154 км) и Т=1200°С - Δρ ≈0. Таким образом, температурный вклад в плотность пород в мантии будет преобладать на глубинах z < 100 км, а вклад давления - при z > 200 км.

развития литосферы бассейна, оцениваются из условия совпадения двух кривых тектонического погружения – рассчитанной удалением нагрузки воды и осадков и по изменениям плотности пород фундамента

двух кривых тектонического погруже-ния.
Состояние локальной изостазии достигается, когда характерные горизонтальные размеры нагрузки заметно превышают эффективную упругую толщину литосферы. Значит сокращение последней способствует достижению этого состояния. Не вызывает сомнения локально-изостатический отклик литосферы на нагрузку в период рифтогенеза и реактивизаций с прогреванием и растяжением литосферы. Однако и в “нормальном” состоянии континен-тальная литосфера может быть достаточно слабой из-за низких энергий активации начала пластич-ных деформаций доминирующего материала нижней коры (кварца).

континентальной литосферы за исключением очень тонкой коры (Hc < 20-25 км) возникает ослабленная зона, позволяющая верхней коре вести себя независимо от мантии.

тектонических кривых бассейна

Растяжение литосферы (или эрозия коры снизу) модели-руется в виде последователь-ности слабых эпизодов растя-жений с амплитудами Δβi , от-вечающиx каждый своему ин-тервалу времени Δti, так что полная амплитуда растяжения за время Δt = Δt1 + Δt2 + ⋅⋅⋅ +Δtn достигала β= Δβ1 ⋅Δβ2 ⋅⋅⋅Δβn.
Как правило, Δt (раст.) > 20-100 млн.лет и тогда V(раст) ≤ 0.1 мм/год – термический нагрев незначителен (слайд 14). Но для Баренцева моря (β=2.12) нагрев при растяжении заметен.

При этом распределение температур в литосфере ниже кровли диапира переписывается на каждом шаге времени на распределение температур, линейно возрастающее от температуры кровли диапира до значения TМ, поддерживаемое в основании области счета. Кровля диапира поднималается со скоростью 0.5 до 5 км/млн.лет в течение 5 - 50 млн.лет и затем поддерживается на той же глубине, либо частично релаксирует.

Пример: бассейн Уэд эль-Миа, пл. Такхухт. 1-ая тепловая активизация: кровля астеносферного диапира (1000°C) поднима-ется со скоростью 5.5 км/млн.лет от 280 до 270 млн. лет назад и держится на неизменной глубине (q=100 мВт/м2) следующие 35 млн.лет. 2-ая тепловая активизация: подьём кровли диапира со скоростью 1 км/млн.лет со 120 по 100 млн.лет и стагнация с эффективным тепловым потоком на поверхности около 60 мВт/м2 по настоящее время.

Пример тепловой активизации и растяжения в кайноззое - бассейн Иллизи в Восточном Алжире. Высокие температуры, измеренные в современном разрезе (около 110°С на глубине 2 км) предполагают термическую активизацию в кайно-зое, а низкий рельеф бассейна - одновременное растяжение бассейна с амплитудой β≈1.16 (из совпадения тектонических кривых).

Одновременное действие тепловой активизации и растяжения литосферы