Theoretical and experimental modeling of geodynamiс processes in uplift slopes

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The flow structure created in a viscous medium at a constant inclination angle of the free surface of the uplift slope is analyzed. The velocity field in a high-viscosity uplift slope is determined under conditions of a horizontal pressure gradient. This pressure gradient occurs when the slope height decreases with distance from the main ridge. With a constant dynamic viscosity of the uplift slope, the flow velocity in it decreases with distance from the axis of the main ridge. In this case, the uplift slope is in conditions of compressive stresses, the consequence of which are thrusts and compression folds. Tensile stresses in the uplift slope exist with an increase in the flow velocity in the layer with distance from the main ridge axis. The flow velocity increases with decreasing viscosity of the layer with distance from the main ridge. The viscosity distribution on the base of the uplift slope at a distance from the axis of the main ridge is determined using the tension condition in the uplift slope. Expressions are presented for the forces causing the formation of a disruption between the blocks of the uplift slope. The magnitudes of these forces are estimated. A relation representing the condition for the formation of a disruption between the blocks is obtained. The formation of disruptions is governed by the change in viscosity along the uplift slope and the change in the flow velocity in it. When the disruption between the uplift slope is formed, free vertical boundaries of the blocks appear. The motion of a highly viscous liquid during the formation of a free vertical boundary of the block has been studied experimentally when the liquid flows out from a rectangular vessel. The experiments have revealed two outflow regimes: (i) the regime of constant thickness of the liquid layer; (ii) the regime of decreasing layer thickness. On the basis of experimental modeling the time of the first period after the formation of the slope rupture and the formation of the free volume between the blocks is estimated. During this period the height of the layer (slope) is practically constant and the layer length increases. The process of filling the free volume between the blocks with a high-viscosity slope material is considered. As the modeling shows, the filling rate of the free volume between the diverging blocks of the uplift slope is much higher than the formation rate of the free volume between these blocks. The parameters of the uplift slope blocks are determined. Among these parameters are block viscosity, slope height, flow velocity and forces acting on the blocks. The time-varying structure of the surface of the uplift slope is presented. There is a qualitative correspondence between the modeling results and the profile of the uplift slope for the north-western Caucasus.

作者简介

A. Kirdyashkin

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: aak@igm.nsc.ru
俄罗斯联邦, Academician Koptyug prosp., bld. 3, Novosibirsk, 630090

参考

  1. Белоусов В.В. Основы геотектоники. – М.: Недра, 1989. 382 с.
  2. Гурбанов А.Г., Богатиков О.А., Докучаев А.Я., Газеев В.М., Лексин А.Б., Ляшенко О.В. Транскавказское направление вулканизма: причина, следствия и эпитермальная минерализация // Вестн. Владикавказ. НЦ. 2007. Т. 7. № 3. C. 25–44.
  3. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного сырья. ‒ М.: Недра-Бизнесцентр, 2007. 467 с.
  4. Кирдяшкин А.А., Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Термохимические плюмы // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 9. С. 1057–1073.
  5. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Условия формирования поднятия плюмом, не вышедшим на поверхность // Геотектоника. 2022. № 6. С. 114–124.
  6. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Дистанов В.Э., Гладков И.Н. Геодинамические режимы мантийных термохимических плюмов // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 6. С. 1092–1105.
  7. Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Мантийные термохимические плюмы и их влияние на формирование поднятий // Геотектоника. 2015. № 4. С. 86–96.
  8. Лукк А.А., Шевченко В.И. Сейсмичность, тектоника и GPS-геодинамика Кавказа // Физика Земли. 2019. № 4. С. 99–123.
  9. Маруашвили Л.И. Структура и рельеф Большого Кавказа // Природа. 1937. № 4. С. 34–44.
  10. Милановский Е.Е. Новейшая тектоника Кавказа. – М.: Недра, 1968. 483 с.
  11. Милюков В.К., Миронов А.П., Овсюченко А.Н., Рогожин Е.А., Горбатиков А.В., Дробышев В.Н., Хубаев Х.М., Николаев А.В. Скорости современных горизонтальных движений в центральном секторе Большого Кавказа (по данным GPS-наблюдений) и их связь с тектоникой и глубинным строением земной коры // ДАН. 2018. Т. 481. № 3. С. 291–295.
  12. Несмеянов С.А. Инженерная геотектоника. – М.: Наука. 2004, 780 с.
  13. Несмеянов С.А. Неоструктурное районирование Северо-Западного Кавказа (Опережающие исследования для инженерных изысканий). – М.: Недра, 1992. 254 с.
  14. Несмеянов С.А., Воейкова О.А., Комаревская М.Н. Неоструктурное районирование Российской части Центрального сегмента мегасвода Большого Кавказа (опережающие исследования для инженерных изысканий) // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2023. № 1. С. 3–20.
  15. Несмеянов С.А., Никитин М.Ю., Воейкова О.А., Комаревская М.Н. Неоструктурное районирование Российской части Казбекского сегмента мегасвода Большого Кавказа // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2023. № 3. С. 5–14.
  16. Николаев П.Н. Методика тектоно-динамического анализа. – Под ред. Н.И. Николаева – М.: Недра. 1992. 295 с.
  17. Ребецкий Ю.Л. Механизм генерации тектонических напряжений в областях больших вертикальных движений // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 1. С. 66–73.
  18. Ребецкий Ю.Л. О механизмах генерации избыточного горизонтального сжатия в континентальной коре // Физика Земли. 2023. № 3. С. 63–77.
  19. Ребецкий Ю.Л. Современное напряженное состояние коры Кавказа по данным объединенного каталога механизмов очагов землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. 2020. Т. 11. № 1. С. 17–29. https:/doi.org/10.5800/GT-2020-11-1-0459
  20. Ребецкий Ю.Л., Сим Л.А., Козырев А.А. О возможном механизме генерации избыточного горизонтального сжатия рудных узлов Кольского полуострова (Хибины, Ловозеро, Ковдор) // Геология рудн. месторождений. 2017. Т 59. № 4. C. 263–280.
  21. Ребецкий Ю.Л., Стефанов Ю.П. О механизме взаимодействия сильных землетрясений и вулканизма в зонах субдукции // Вестн. КРАУНЦ. Науки о Земле. 2022. № 4 (56). С. 41–58. https:/doi.org/10.31431/1816-5524-2022-4-56-41-58
  22. Рогожин Е.А., Горбатиков А.В., Степанова М.Ю., Овсюченко А.Н., Андреева Н.В., Харазова Ю.В. Структура и современная геодинамика мегантиклинория Большого Кавказа в свете новых данных о глубинном строении // Геотектоника. 2015. № 2. С. 36–49.
  23. Сафронов И.Н. Геоморфология Северного Кавказа. – Ростов-на-Дону: РостовГУ, 1969. 218 с.
  24. Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Мишин А.В., Прилепин М.Т., Рейлинджер Р.Э., Хамбургер М.У., Шемпелев А.Г., Юнга С.Л. Современная геодинамика Кавказа (по результатам GPS измерений и сейсмическим данным) // Физика Земли. 1999. № 9. С. 3–18.
  25. Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Прилепин М.Т., Стеблов Г.М., Милюков В.К., Миронов А.П., Кусраев А.Г., Дробышев В.Н., Хубаев Х.М. Неплейттектоническая GPS-геодинамика Большого Кавказа. ‒ В сб.: Тектоника, геодинамика и рудогенез складчатых поясов и платформ. ‒ Мат-лы XLVIII Тектонического совещания. Т. 2. ‒ Под ред. К.Е. Дегтярева ‒ М.: ГЕОС, 2016. С. 295–299.
  26. Шевченко В.И., Лукк А.А., Гусева Т.В. Автономная и плейт-тектоническая геодинамики некоторых подвижных поясов и сооружений. – М.: ГЕОС, 2017. 612 с.
  27. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1974. 742 с.
  28. Шолпо В.Н., Рогожин Е.А., Гончаров М.А. Складчатость Большого Кавказа. – Под ред. Е.Е. Милановского ‒ М.: Наука, 1993. 192 с.
  29. Burov E., Guillou-Frottier L. The plume head–continental lithosphere interaction using a tectonically realistic formulation for the lithosphere // Geophys. J. Int. 2005. Vol. 161. P. 469–490.
  30. Camp V.E., Ross M.E. Mantle dynamics and genesis of mafic magmatism in the intermontane Pacific Northwest // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. Art. B08204. https://doi.org/10.1029/2003JB002838
  31. Choudhuri M., Nemčok M. Mantle plumes and their effects. ‒ (Springer, Cham, Switzerland. 2017), pp.137.
  32. Condie K.C. Mantle plumes and their record in Earth history. – (Cambridge Univ. Press, NY, USA. 2001), pp. 306.
  33. D’Acremont E., Leroy S., Burov E.B. Numerical modeling of a mantle plume: the plume head-lithosphere interaction in the formation of an oceanic large igneous province // Earth Planet. Sci. Lett. 2003. Vol. 206. P. 379–396.
  34. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps // Lithos. 2008. Vol. 100. P. 66–92.
  35. Ernst R.E. Large igneous provinces. – (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK. 2014), pp.653.
  36. Ernst R.E., Buchan K.L. Recognizing mantle plumes in the geological record // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2003. Vol. 31. P. 469‒523.
  37. Goes S., Spakman W., Bijwaard H. A lower mantle source for Central European volcanism // Science. 1999. Vol. 286. No. 5446. P. 1928-1931.
  38. Griffiths R.W., Campbell I.H. Interaction of mantle plume heads with the Earth’s surface and onset of small-scale convection // J. Geophys. Res. 1991. Vol. 96. No. B11. P. 18295‒18310.
  39. Griffiths R.W., Gurnis M., Eitelberg G. Holographic measurements of surface topography in laboratory models of mantle hotspots // Geophys. J. 1989. Vol. 96. P. 477–495.
  40. Guillou-Frottier L., Burov E., Nehlig P., Wyns R. Deciphering plume–lithosphere interactions beneath Europe from topographic signatures // Global Planet. Change. 2007. Vol. 58. P. 119–140.
  41. Hill R.I. Starting plumes and continental break-up // Earth Planet. Sci. Lett. 1991. Vol. 104. P. 398–416.
  42. Manea V.C., Manea M., Leeman W.P., Schutt D.L. The influence of plume roof-lithosphere interaction on magmatism associated with the Yellowstone hotspot track // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2009. Vol. 188. P. 68–85.
  43. Olson P., Nam I.S. Formation of seafloor swells by mantle plumes // J. Geophys. Res. 1986. Vol. 91. No B7. P. 7181–7191.
  44. Sengör A.M.C. Elevation as indicator of mantle-plume activity // GSA Spec. Pap. 2001. Vol. 352. P. 183–225.
  45. Yang T., Leng W. Dynamics of hidden hotspot tracks beneath the continental lithosphere // Earth Planet. Sci. Lett. 2014. Vol. 401. P. 294–300.

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

##common.cookie##