1, 2
1Геологический факультет Московского государственного университета (МГУ), Москва, Россия
2Институт геоэкологии им. РАН, Москва, Россия
Мантийный диапиризм как причина формирования новообразованных впадин Средиземноморья и окружающих центробежно-вергентных складчато‑покровных орогенов
Сближение Афро-Аравийской и Евроазиатской литосферных плит в новейшее время вступило в этап «притирания» континентальных блоков, когда им уже затруднительно или просто невозможно плотно «припаяться» друг к другу, подобно обломочным зернам, между которыми остается поровое пространство, и это межконтинентальное «поровое» пространство должно быть заполнено каким-то «цементом».
Таким «цементом» являются (рис. 1):
|
1. Остаточные периокеанические впадины океана Тетис – Ионическая (И) и Левантийская (Л). Их океаническая кора продолжает субдуцировать под Евроазиатскую плиту, в виде трех зон субдукции – Сицилийско-Калабрийской (15), Эллинской (16) и Кипрской (17), образующих гирлянды, выпуклые в южных румбах.
2. Новообразованные впадины: Альборанская (Ал), Алжиро-Прованская (А‑П), Тирренская (Т), Паннонская (П), Эгейская (Э). Они образуют своеобразную цепь и окружены извилистым контуром складчато-покровных сооружений, вергентность которых
направлена во внешнюю (по отношению к впадинам) сторону: Магрибиды (1), Апеннины (2), Южные Альпы (3), Динариды (4), Эллиниды (5), Тавриды (6), Понтиды (7), Балканы (8), Карпаты (9), Восточные Альпы (10), Западные Альпы (11), сооружения Корсики (12), Бетиды (13). Этот контур образует «залив» в виде дивергентных Пиренеев (14) и «пережим» в виде главной тектонической линии Альп, разделяющей северо - и западно-вергентные Восточные и Западные Альпы и восточно - и южно-вергентные Южные Альпы. Весьма примечательно, что разрывы в этом контуре восполняются упомянутыми зонами субдукции, с сохранением направления вергентности.
Кратко охарактеризованный выше структурный рисунок Средиземноморья дает основания полагать, что в его становлении и эволюции на новейшем этапе принимали участие три процесса:
1. Субдукция остаточной части океанической коры океана Тетис.
2. Коллизия пришедших в соприкосновение континентальных масс.
3. Мантийный диапиризм. Его причиной является повышенный тепловой поток, неизбежный при сближении континентов, представляющих собой как бы «тепловой экран». Повышенный тепловой поток в области «не до конца сблизившихся континентов» в зоне их коллизии снижает контраст вязкости между астено - и литосферой, а инверсия плотности между этими геосферами стимулирует конвекцию, которая при повышенных числах Рэлея (>104) принимает форму относительно изометричных в плане мантийных диапиров. Субдукция и коллизия создают обстановку общего горизонтального сжатия, которая, как показывают компьютерное [10] и физическое [1] моделирование: 1) резко ускоряет процесс конвекции; 2) синхронизирует его в масштабе Средиземноморья.
Мантийный диапиризм представляет собой восходящий мантийный поток, который компенсируется поверхностным горизонтальным центробежным потоком. Этот последний на границе с континентальными форландами вызывает формирование антивергентных складчато‑покровных сооружений и передовых прогибов на их фронте. На границе же с упомянутыми остаточными океаническими впадинами он компенсируется формированием резко асимметричных, «падающих» в сторону диапира прогибов (такие прогибы смоделированы в Лаборатории тектонофизики и геотектоники МГУ [8]). В верхней части это – глубоководные желоба и островные дуги, а на глубине – зоны субдукции, дугообразные в плане.
Упомянутый выше «пережим» в цепи средиземноморских впадин обусловлен соответствующим «пережимом» в цепи мантийных диапиров на глубине (см. рис. 1). Этот «пережим» в первую очередь вызван действием Апулийского индентора, сформировавшего Альпийский «перешеек» между Тирренской и Паннонской впадинами.
Мантийный диапиризм и подъем крупномасштабных мантийных плюмов выражают явление гравитационной неустойчивости на границе астеносфера-литосфера и особенно ярко проявляются в периоды тектоно-магматической активизации. Поднимающиеся астеносферные массы и связанные с ними потоки тепла являются ключом к пониманию процессов формирования и эволюции земной коры, а также процессов нефтегазоносности.
Движение астеносферы отражается в поверхностных геофизических полях – геотермическом, гравитационном, электромагнитном. Наличие расплавленных астеносферных масс подтверждается сейсмическими данными, в том числе сейсмотомографией.
Движение дневной поверхности над поднимающимся мантийным диапиром фиксируется сменой режимов осадконакопления и строением осадочного чехла. Подъем диапира отражается в строении фундамента и форме границ Мохо и Конрада.
Анализ всех имеющихся геолого-геофизических данных позволяет построить термомеханическую модель эволюции литосферы над поднимающимся мантийным диапиром на основе модели многослойной высоковязкой жидкости. Анализ полученных решений показывает, что в зависимости от соотношения между определяющими параметрами, такими как вязкость, плотность и мощность слоев, форма диапира и скорость его подъема, на дневной поверхности могут формироваться структуры сводового поднятия или депрессии. Если скорость подъема диапира достаточно велика или диапир поднялся близко к поверхности, то над ним формируется сводовое поднятие. Если скорость подъема невелика при достаточно толстой литосфере, то формируется структура депрессии. Глубина погружения фундамента осадочного бассейна определяется механическими, геотермическими и петрологическими факторами. При достаточной мантийной активности возможна дальнейшая смена режима прогибания на режим формирования сводового поднятия и даже излияния базальтов. Общая картина движений может осложняться наличием фоновых горизонтальных движений. При аналитическом решении задачи удается найти критические параметры, связывающие динамику мантийных движений с эволюцией рельефа поверхности [2–7, 11–17]. Построение законченной геодинамической и термомеханической модели дает возможность рассчитать поля температур и напряжений в процессе эволюции геологических структур и оценить параметры нефтегазогенерации (температурно-временнόй индекс, окно нефтегазогенерации, термонапряжения) в динамике.
Заключение. Причиной формирования новообразованных впадин Средиземноморья и окружающих центробежно-вергентных складчато‑покровных сооружений является мантийный диапиризм, возникающий вследствие инверсии плотности в геосфере астеносфера+литосфера на фоне увеличения теплового потока. По классификации одного из авторов [8, 9], этот процесс относится к геодинамической системе 3-го ранга (ГС–3). Субдукция и коллизия (соответственно, ГС–2 и ГС–1) при сближении Африки и Евразии играют роль катализатора мантийного диапиризма.
Литература
1. , Жантаев поверхности земной коры как результат инверсии плотности и тангенциальных тектонических движений слоистых тощ // Теоретические вопросы исследования современных движений земной коры. М., I980. С. 78–86.
2. Занемонец (Свалова) В. Б., , О динамике литосферных движений // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1974. № 4. С. 43–54.
3. , Шарков и эволюция задуговых бассейнов Альпийского и Тихоокеанского поясов (сравнительный анализ) // Тихоокеанская геология. 1991. № 5. С. 49–63.
4. Свалова режим литосферы и решение обратной задачи геодинамики // VI Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». М., 2003.
5. Свалова -гравиметрическая модель Прикаспийской впадины.// Мониторинг. Наука и технологии. 2012. № 1 (10) С. 43–47.
6. Свалова литосферы, нефтегазоносность и решение обратной задачи геодинамики // Мониторинг. Наука и технологии. 2012. № 3 (12). С. 21–24.
7. , О возможности вовлечения континентальной литосферы в процесс субдукции при задуговом спрединге // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1991. № 12. С. 118–131.
8. Goncharov M. A. Quantitative correlation between geodynamic systems and geodynamic cycles of various ranks // Geotectonics. 2006. Vol. 40. N 2. P. 83–100.
DOI: 10.1134/S
9. Goncharov M. A. Plate tectonics as a component of geodynamics of hierarchically subordinate geospheres: Сhapter 3 in the book “Horizons in Earth Science Research. Volume 5”. New York: Nova Science Publishers, 2011. P. 133–176. https://www. /catalog/product_info. php? products_id=31679
10. Ismail-Zadeh A. T., Huppert H. E., Lister J. R. Analytical modelling of viscous diapirism through a strongly non-Newtonian overburden subject to horizontal forces // Journal of Geodynamics. 2001. Vol. 31, N 5. P. 447–458.
11. Sharkov E., Svalova V. Geological-geomechanical simulation of the Late Cenozoic geodynamics in the Alpine-Mediterranean mobile belt // New Frontiers in Tectonic Research – General Problems, Sedimentary Basins and Island Arcs. Croatia: INTECH, 2011. P. 18–38.
12. Svalova, V. B. Mechanical-mathematical models of the formation and evolution of sedimentary basins // Sciences de la Terre. Ser. Inf. 1992. N 31. P. 201–208.
13. Svalova, V. B. Mechanical-mathematical simulation of geological structures evolution // Geoinformatics. 1993. Vol. 4. N 3. P. 153–160.
14. Svalova V. B. Thermomechanical modeling of geological structures formation and evolution on the base of geological-geophysical data // Proceedings of the Third Annual Conference of the International Association for Mathematical Geology IAMG'97. Part 2. Barcelona (Spain), 1997. P. 1049–1055.
15. Svalova V. Mechanical-mathematical modelling for the Earth’s deep and surface structures interaction // Proceedings of International Conference IAMG. Berlin, 2002.
16. Svalova V. B. Geothermal regime of the lithosphere and geological structure evolution. Thermomechanical modelling // Материалы Международной конференции «Тепловое поле Земли и методы его изучения». Москва, 2002. С. 266–270.
17. Svalova V. B. Geological structures as reflection on mantle convection and plumes. Abstracts of the EGS 27 General Assembly. Nice (France), 2002.
