Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Численное моделирование геодинамической эволюции осадочных бассейнов

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Численное моделирование геодинамической эволюции осадочных бассейнов"

Российская Академия Наук Международный Институт Теории Прогноза ' Землетрясений и Математической Геофизики

на правах рукописи УДК 550.311:551.24

ИСМАИЛ-ЗАДЕ Али Тофик оглы

Численное моделирование геодинамической эволюции осадочных бассейнов

04.00.22 - физика твердой Земли

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Международном Институте Теории Прогноза Землетрясений и Математической Геофизики Российской Академии наук, г. Москва. Научный консультант:

доктор физико-математичеких наук НАЙМАРК Борис Маркович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математичеких наук КАРАКИН Андрей Владимирович

доктор физико-математичеких наук, профессор ТРУБИЦЫН Валерии Петрович

доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик РАН ХАИН Виктор Ефимович

Ведущая организация:

ВНИИ геофизических методов разведай Министерства

природных ресурсов и Российской Академии наук

Защита состоится "_ 2 » июил . 1997 г. в н часов на заседании диссертационного совета Д 200.49.01 в Международном Институте Теории Прогноза Землетрясений и Математической Геофизики РАН по адресу: 113556 Москва, Варшавское шоссе, д. 79, кор. 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТП РАН Автореферат разослан " ^ " 1997 г.

Ученый секретарь П.Н. Шебалин

диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы.

Одной из важнейших задач современной геодинамики является выяснение механизмов образования и эволюции осадочных бассейнов. Постоянное внимание многих ученых к этой проблеме обусловлено, помимо ее большой научной значимости, соображениями прикладного характера, так как с осадочными бассейнами связаны основные нефтегазовые запасы и другие ресурсы Земли. В течение последних двух десятилетий на западе ведутся интенсивные исследования осадочных бассейнов с помощью моделирования (напр., Haxby et al., 1976; McKenzie, 1978; Royden and Keen, 1980; Beaumont et al., 1982; Wernicke, 1985; Kusznir et al., 1987; Braun and Beaumont, 1989, 1995; Cloetingh and Kooi, 1992; Hamdani et al., 1994; van Wees and Cloetingh, 1994; Mitrovicaet al., 1996). Оно служит эффективным средством при изучении истории тектонического погружения и обеспечивает основу при интерпретации региональной геодинамики.

В 1978 г. Д. МакКензи предложил простую модель образования осадочных бассейнов, состоящую в растяжении литосферы и ее последующем охлаждении. В течение некоторого времени эта модель была парадигмой в исследовании бассейнов. Вместе с тем эта модель и ряд ее модификаций (напр., Royden and Keen, 1980; Wernicke, 1985; Kusznir et ai., 1987; Reston, 1990) не всегда объясняли значительные отклонения между предполагаемыми и наблюдаемыми растяжением, утонением и погружением земной кори, как, например, в случае с Североморским (Ziegler, 1990) или Днепровско-Донецким (Lobkovsky et al., 1996) бассейнами. Отсюда возникала необходимость появления альтернативной модели формирования и эволюции бассейнов, которая могла бы объяснить, с одной стороны, быстрые и значительные погружения бассейнов при малом (порой незначительном) растяжении литосферы и коры, и с другой стороны, современные геолого геофизические наблюдения.

Кроме того, большинство численных моделей эволюции бассейнов основаны главным образом на упругой реологии. Между тем, совершенно очевидно, что в тех интервалах времени, в которых происходит развитие бассейнов, литосфера

не ведет себя как упругая среда. Этот факт необходимо учитывать при моделировании нестационарных геодинамических процессов, в частности, при изучении эволюции бассейнов.

В России до последнего времени количественному моделированию бассейнов не уделялось особого внимания. Однако с начала 90-х годов положение дел изменилось, и начались интенсивные работы в этой области. Более того, изучение осадочных бассейнов и их компьютерное моделирование были включены в программу приоритетных направлений развития наук о Земле РАН. Моделирование бассейнов находит свое достойное место в рамках многих международных проектов, например, EUR.OPR.OBE и РЕШ-ТНЕЗУЭ.

Цель работы.

Основной целью исследований было объяснение физических и геологических процессов, ведущих к формированию и эволюции осадочных бассейнов ыа основе новых подходов к проблемам региональной геодинамики и количественному моделированию. Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих принципиальных научных задач:

- исследовать альтернативные механизмы эволюции осадочных бассейнов;

- разработать новые методы вычислений верхнемантийных высоковязких течений с переменными и разрывными параметрами среды;

- создать цифровой банк данных по бассейнам России и других стран, включающий данные по разведочным скважинам, сейсмостратиграфическим профилям, палеобатиметрии и гравитационному полю;

- разработать количественные дву- и трехмерные модели формирования и эволюции депрессий на поверхности Земли;

- провести анализ тектонического погружения осадочных бассейнов и построить сценарии их развития;

- построить численные модели эволюции бассейнов Северо-Американской, Восточно-Сибирской и Русской платформ, а также Средиземноморья, адекватно отражающие их историю и современное развитие;

- разработать модели эволюции соляных структур осадочных бассейнов;

- исследовать модели погружения древних плит в континентальных регионах и их влияние на эволюцию осадочных бассейнов и сейсмичность.

Научная новизна

Предлагаемая к защите работа является первым междисциплинарным исследованием эволюции внутриконтинентальных осадочных бассейнов на основе имеющихся и новых геолого-геофизических данных и новых численных моделей и алгоритмов. Все приведенные в заключении результаты исследований являются оригинальными. На основе полученных результатов можно сформулировать основные защищаемые положения:

- Предложена новая модель погружения земной коры и образования осадочных бассейнов в результате мантийных течений, наведенных эклогитизацией магматических неэффузивных пород в верхах мантии.

- Предложены новые методы вычислений медленных течений в мантии с переменными и разрывными физическими параметрами среды. Разработаны алгоритмы расчетов таких течений для одно- и многопроцессорных вычислительных комплексов.

- С помощью разработанной методики вычислений построены новые численные модели формирования и эволюции нескольких внутриконтинентальных осадочных бассейнов мира.

Поставленные задачи, развитая теория и методология междисциплинарного исследования являются по существу новым научным направлением: численное моделирование геодинамических процессов образования и эволюции осадочных бассейнов.

Теоретическая и практическая значимость.

Хотя работа носит теоретический характер, се результаты имеют как теоретическую, так и практическую значимость. Одним из важных результатов проведенной работы является разработка теории и методики междисциплинарного исследования эволюции осадочных бассейнов: от геолого-геофизических наблюдений к созданию цифровых баз данных, затем, анализ тектонического по-

гружения и построение качественных геодинамических схем развития региона, далее, разработка численных алгоритмов расчета и количественное моделирование эволюции бассейнов, и, наконец, совместная интерпретация результатов численных расчетов и наблюдений. Бесспорным перспективным направлением является применение этой методики при изучении осадочных бассейнов мира. Данная методика может войти в учебные курсы по моделированию геодинамических процессов.

Разработанные в рамках данной работы методы вычислений вязких течений среды с переменными и разрывными значениями физических параметров могут применяться во многих задачах геофизической и геологической гидродинамики.

Ряд результатов работы, связанных с численным моделированием тектонического погружения бассейнов, значимы в области нефтяной геологии, так как восстанавливают положение фундамента и мощность осадочного чехла в последовательные моменты времени. Зная тепловую историю региона, можно на основе полученных результатов о погружении давать прогноз на нефтегазоносность региона.

Одним из результатов работы, имеющим практическое значение, является создание цифрового банка данных по нескольким бассейнам России и Италии.

Методика исследования.

Для достижения цели работы в диссертации применяются как математические (метод Галеркина, метод Рунге-Кутта, аппроксимация кубическими сплайнами), так и геологические методы (метод палеореконструкции фундамента бассейна). Основной метод исследования задач, рассмотренных в диссертации, - численный. Это обусловлено тем, что не существуют (во всяком случае, автору не известны) точные аналитические решения двумерных (трехмерных) задач о медленных движениях вязкой несжимаемой жидкости с переменными плотностью и вязкостью, моделирующих поведение верхней мантии.

В процессе работы использовались алгоритмы расчета и программы, построенные Б.М. Наймарком, которые были усовершенствованы автором диссертации и приспособлены для решения поставленных задач. Пакет программ был подго-

товлен для расчетов на одно- и многопроцессорных вычислительных комплексах. Для проведения анализа тектонического погружения был разработан численный алгоритм и подготовлен пакет программ, позволяющий вводить, редактировать и хранить данные по осадочным бассейнам и осуществлять численный анализ погружения.

Апробация работы.

Основные положения и отдельные разделы работы неоднократно обсуждались на семинарах Международного Института Теории Прогноза Землетрясений и Математической Геофизики РАН, а также на Общемосковском семинаре по теоретической физике (под руководством акад. В.Л. Гинзбурга), семинарах Института наук о Земле Уппсальского Университета (Швеция), Центра параллельных компьютеров Королевского института технологий г. Стокгольма (Швеция), департамента геоэкологии Триестского Университета (Италия), Института наук о Земле Университета г. Майнца (Германия).

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на рабочих совещаниях по внутриплитовой тектонике и динамике бассейнов (Амстердам, 1992; Лидс, 1995); на международных симпозиумах: XXVII Генеральной Ассамблеи Международной Ассоциации по сейсмологии и физике недр Земли (Веллингтон, 1994), XXI Генеральной Ассамблеи Международного Союза Геодезии и Геофизики (Боулдер, 1995), XIX, XXI и XXII Генеральных Ассамблей Европейского Геофизического Сообщества (Гренобль, 1994; Гаага, 1996; Вена, 1997), Американского Геофизического Союза (Балтимор, 1994; Сан Франциско, 1996), 5-ой Международной конференции по тектонике плит (Москва, 1995), XXX Международного Геологического конгресса (Пекин, 1996).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 25 печатных работ, в том числе 10 статей в ведущих российских и зарубежных журналах, 4 препринта и 11 тезисов докладов. Список работ представлен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, разбитых на секции, и заключения. Секции, в свою очередь, разбиты

на разделы и подразделы. Нумерация секций сквозная. Работа содержит 273 страницы, включая 10 таблиц, 76 рисунков. Список литературы содержит 277 наименований.

Личный вклад автора. Диссертация основана на результатах самостоятельных исследований автора. Вместе с тем, многие из затронутых вопросов разрабатывались автором совместно с коллегами (см. список публикаций автора). Особо необходимо отметить вклад в эту работу научного консультанта автора, доктора физико-математических наук Б.М. Наймарка, под влиянием которого определилась ориентация научных интересов соискателя.

Благодарности.

Эта работа не могла бы быть выполнена без деятельного участия многих людей. Во-первых, автор глубоко признателен всем своих соавторам: С. Клутингу, А.И. Короткому, C.JI. Костюченко, С.С. Красовскому, Л.И. Лобковскому, Б.М. Наймарку, A.M. Никишину, Р. Николичу, Дж. Панце, А.П. Суетову, И.А. Цепелеву, Л. Чернобори, В. Якоби за их вклад в данное исследование.

Автор глубоко признателен своему учителю Б.М. Наймарку, который научил творческому исследованию, пониманию физических явлений, математическому анализу задачи и численному моделированию. Автор считает своим приятным долгом выразить огромную благодарность Л.И. Лобковскому, предложившему механизм образования осадочных бассейнов и стоявшему у истоков данного исследования, а также С.Л. Костюченко, предоставившему геолого-геофизический материал по России и помогавшему в изучении региональной геологии. Безгранична благодарность автора академику В.И. Кейлису-Бороку, создавшему отличные условия для творческой работы в Институте в течение 10 с лишним лет и сделавшему возможными плодотворные научные исследования в Италии и Швеции. Автор выражает свою искреннюю благодарность людям, технически помогавшим в осуществлении этой работы: Е. Богуновой, Л. Кадлубович, О. Мациевской и В. Точицкому.

Автор также глубоко признателен Е.В. Артюшкову, О. Вежбеку (Дания), И.А. Воробьевой, Ю.А. Воложу, А.О. Глико, Т.Л. Кронрод, X. Куи (Нидер-

ланды), Д. Латину (Великобритания), И. Марсоиу (Италия), Г.М. Молчану, В.

Палтриниери (Италия), 10. Подладчикову (Швейцария), А.Г. Прозорову , Д.В. Рупдквисту, Р. Стрфенсону (Нидерланды), С. Стовбе (Украина), К. Талботу (Швеция), А. Торторичи (Италия), В.II. Трубицыну, Д. Финлейсон (Австралия), В.Е. Хаину, X. Шмелингу (Германия) за полезные обсуждения результатов работы и конструктивную критику.

В эти трудные для российской науки годы автор был поддержан несколькими научными фондами. Автор благодарит Российский Фонд Фундаментальных Исследований, Международный Научный Фонд (Фонд Сороса), ИНТАС, Европейскую Академию Наук, Национальный Научный Фонд США и Международный Научно-Технический Центр за их финансовую поддержку. Он также признателен Университету г. Триеста (персонально проф. Р. Николичу), Международному Центру Теоретической Физики в г. Триест (персонально проф. Дж. Панце), Центру Параллельных Компьютеров, Королевского Технологического Института в г. Стокгольм, Шведскому Институту и Королевской Академии Наук (персонально д-ру Э. Аурелю) за гостеприимство и финансовую поддержку, оказанные ему во время научных командировок. Опыт зарубежных коллег и их прекрасное компьютерное обеспечение значительно помогло при выполнении данной работы.

Автор горячо благодарит жену и родителей за постоянную поддержку и неоценимую помощь при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении изложены мотивировка данного исследования, обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи работы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы и методика исследования. Здесь же излагается краткое содержание глав диссертации.

Глава I. Механизмы погружения земной коры и развития осадочных бассейнов.

В первой главе обсуждаются механизмы погружения и типы осадочных бассейнов, даны основы количественного анализа погружения, описан численный

метод палеореконструкции фундамента бассейна и модель простого растяжения, представлен новый механизм погружения осадочных бассейнов, описанный в,работах (Лобковский и др., 1993; Исмаил-заде и др., 1994).

Основными причинами • погружения земной коры, образования и эволюции осадочных бассейнов являются процессы растяжения и сжатия литосферы, тепловые эффекты, минералогические фазовые переходы, изостазия и эрозия. Несмотря на большое число работ, посвященных анализу причин и условий прогибания земной коры, сопровождаемого осадконакоплением и образованием осадочных бассейнов, в этой проблеме до сих пор остается много неясного. В частности, предметом оживленных дискуссий являются различные механизмы погружения осадочных бассейнов, модели их эволюции, движущие тектопические силы, приводящие к рифтогенезу, горообразованию и другим процессам, генетически связанным с формированием осадочных бассейнов соответствующего типа и т.д.

В зависимости от историко-геологических условий своего формирования, осадочные бассейны делятся ■ на несколько категорий или типов, характеризующихся различными механизмами погружения их фундамента. В наиболее распространенной классификации выделяются: внутриконтинентальные рифтовые (пострифтовые) и эпирифтовые бассейны; бассейны современных пассивных континентальных окраин; бассейны древних пассивных континентальных окраин; бассейны современных активных континентальных окраин; бассейны коллизионных орогенов.

Самый простой тип осадочных бассейнов (с точки зрения их строения и характера эволюции) - это внутриконтинентальные пострифтовые бассейны, а также генетически родственные им бассейны современных пассивных окраин континентов. Наиболее популярная модель их образования, предложенная в 1978 году Д. Маккензи, предполагает наличие двух главных фаз процесса, а именно: 1) первоначальное быстрое однородное растяжение литосферы, приводящее к механическому утонению земной коры, сопровождаемому, как правило, изостати-ческим опусканием ее поверхности («шрифтовая стадия погружения) и "принудительным" подъемом изотерм подкоровой части литосферы, что эквивалентно ее "мгновенному" нагреву; 2) последующее медленное остывание утоненного

участка литосферы (пострифтовая фаза погружения).

Модель Д. Маккензи на некоторое время стала основной в исследованиях, посвященных рифтовым зонам и пострифтовым осадочным бассейнам. После ее опубликования появилось большое количество работ, в которых рассматривались различные модификации и усовершенствования этой модели, в том числе учитывающие неоднородное по глубине растяжение литосферы (Royden and Keen, 1980; Beaumont et al., 1982; Rowley, and Sahagian, .1986), асимметричные схемы "простого сдвига", при котором растяжение литосферы реализуется вдоль одного пологого разлома (Wernicke, 1985; Davis et al., 1986), разные комбинации чистого и простого сдвига (Gibbs, 1987; Kusznir et al., 1987; Reston, 1990) и т.д.

В то же время были установлены аномальные явления, которые не объяснялись моделью Д. Маккензи и требовали разработки альтернативных подходов (Moretti and Pinet, 1987; Braun and Beaumont, 1989). К таким аномальным фактам относятся, например, значительные расхождения между величинами растяжения, утонения и погружения коры, предсказываемыми по модели Д. Маккензи, и их наблюдаемыми (по геолого - геофизическим данным) значениями для конкретных осадочных бассейнов, в частности, для Северного моря (Ziegler, 1990) или для Днепровско-Донецкого бассейна (Lobkovsky et al., 1996).

Один из принципиальных выводов, который был сделан на основании анализа кривых погружения фундамента пострифтовых осадочных бассейнов, заключается в том, что помимо погружения литосферы, связанного с ее пострифтовым остыванием, существует нетермическая компонента тектонического погружения, которая в ряде случаев может быть доминирующей (Ziegler, 1990; Artyushkov and Ваег, 1990; Cloetingh and Kooi, 1992). В качестве возможного физического механизма, ответственного за нетермическое погружение коры осадочного бассейна, в литературе уже давно обсуждается гипотеза фазового перехода габбро-эклогит в нижнем слое континентальной коры (Joyner, 1968; Collette, 1968; Palvey, 1974; Haxby et al., 1976; Артюшков, 1979).

Такого рода фазовые переходы, происходящие при высоких температурах и давлениях, были экспериментально установлены в лабораторных условиях разными авторами (Boyd and England, 1959; Yoder and Tilley, 1962; Ringwood and

Green, 1966; Green and Ringwood, 1972). Характерный интервал давлений P и температур Т, при которых проводились эксперименты, был, соответственно, Р = 12 — 30 Кбар и Т = 1000 — 1200°С. Плотность при фазовом переходе габбро в эклогит меняется с 3.0 х 103 кг м-3 до 3.5 х 103 кг м-3 . Такое значительное увеличение плотности пород, если оно происходит в природных условиях, очевидно, должно приводить к очень существенным геологическим следствиям, на чем основаны некоторые тектонические гипотезы (Green and Ringwood, 1967).

Представление о наличии фазового перехода габбро в эклогит в нижнем слое коры, которое используется как возможный механизм погружения осадочных бассейнов, основано на линейной экстраполяции экспериментально полученной Р—Т кривой в область относительно низких давлений и температур, отвечающих низам континентальной коры. Однако, до настоящего времени не существует ни экспериментальных, ни убедительных теоретических доказательств справедливости такой экстраполяции, хотя попытки ее обоснования предпринимались разными авторами (Green and Ringwood, 1972; Ahrens and Schubert, 1975; Artyushkov and Sobolev, 1982).

Более того экспериментальные данные, полученные в последний годы (напр., Carswell, 1990) не подтверждают идею о возможности фазового перехода габбро-эклогит в пределах утоненной континентальной коры, но предполагают возможность такого перехода в пределах утолщенной коры и верхней мантии. Эти данные наводят на мысль о том, что если бы в процессе рифтогенеза в верхней мантии каким-либо способом образовывались достаточно крупные магматические базальтовые линзы, то при последующем охлаждении они неизбежно испытывали бы фазовый переход, превращаясь в аномально плотные эклогито-вые тела, которые стремились бы погружаться в окружающую их более легкую мантию, вызывая соответствующие прогибы фундамента осадочных бассейнов.

В данной главе рассматривается новый физический механизм, приводящий к формированию крупных эклогитовых магматических линз в верхней мантии. В его основе лежат представления о частично расплавленной вязкодеформиру-емой астеносферной среде, в которой развиваются процессы фильтрации магматического расплава. В силу разности плотности между жидкой и твердой

компонентами и способности кристаллического скелета к объемным вязким деформациям в такой среде всегда будут развиваться процессы сегрегации расплава из кристаллической матрицы и его аккумуляции при определенных условиях в форме магматических линз, расположенных в пределах астеносферы (Ка-ракин и Лобковский, 1982; McKenzie, 1984). Последнее обстоятельство обычно ускользало от внимания исследователей, хотя в геолого-геофизической литературе широко распространены представления о крупных магматических резервуарах, питающих подводные и надводные вулканы, а также осевые зоны срединно-охеанических хребтов.

Применительно к проблеме континентального рифтогенеза и пострифтовой эволюции осадочных бассейнов учет эффектов частично расплавленной мантийной среды приводит к следующей схеме взаимодействия литосферы и астеносферы. При развитии рифтогенеза, независимо от того, преобладает пассивный или активный механизм растяжения (Turcotte and Emerman, 1983), главной характеристикой процесса является утонение литосферы снизу и, соответственно, подъем кровли подстилающей астепосферы. Этот подъем приводит к смещению вверх нагретого до субсолидусных температур мантийного вещества и его частичному плавлению вследствие уменьшения давления (McKenzie and Bickle, 1988). Возникает типичная глубинная структура рифтовой зоны с частично расплавленным астеносферным выступом. Поскольку разность плотности между расплавом и кристаллическим скелетом достаточно велика, то внутри астеносферного выступа сразу же начинает развиваться процесс вертикальной фильтрации более легкой магмы. Особенно интенсивной такая фильтрация будет в самых верхних горизонтах астеносферного выступа из-за большей проницаемости среды и большей разности плотности между расплавом и скелетом. Поскольку предполагается, что материал пластичного нижнего слоя литосферы, перекрывающего астеносферный выступ, является непроницаемым для расплава, последний будет накапливаться вблизи кровли этого выступа, играющей, таким образом, роль структурной магматической ловушки.

Дальнейшая эволюция системы "литосфера - астеносферный выступ - магматическая линза" может идти по трем основным направлениям, приводящим к

различным геологическим и тектоническим следствиям.

Первый вариант развития системы, реализуется, если все вещество магматической линзы прорывается на поверхность Земли, приводя к интенсивной вулканической деятельности. В результате образуются так называемые вулканические рифтовые зоны, трапповые провинции или вулканические поля. Важно отметить при этом, что, как правило, области интенсивного вулканизма после прекращения активной тектонической деятельности не испытывают сколько-нибудь значительных погружений и могут сохранять высокое гипсометрическое положение десятки и даже сотни миллионов лет.

Второй крайний вариант эволюции рассматриваемой системы имеет место, когда все накопленное вещество магматической линзы сохраняется в лито-сферной ловушке, и после прекращения растяжения литосферы расплав линзы кристаллизуется под большим гидростатическим давлением и затем превращается в аномально плотные эклогитовые породы. Тяжелая эклогитовая линза начинает тонуть в более легкой мантии (астеносфере), плотность которой составляет приблизительно 3.3 X 103 кг м-3. Погружение линзы вызывает течение в окружающей среде и деформацию поверхности литосферы, которая приводит к формированию достаточно глубокого осадочного бассейна. Следует заметить, что такой сценарий развития геологических событий в целом подтверждается фактическими данными: действительно, обычно сухие амагматичные рифтовые зоны, невулканические пассивные окраины и пострифтовые осадочные бассейны, формирующиеся без проявления вулканической деятельности, погружаются на значительную глубину.

Наконец, теоретически существует третий промежуточный вариант эволюции системы, характеризующийся тем, что магматическая линза опорожняется лишь частично, и в итоге одна часть ее материала поднимается, достигая поверхности или кристаллизуясь внутри земной коры, а другая - застывает на месте, превращаясь в плотную эклогитовую фазу. Соответственно, в этом случае рифтовые зоны и пострифтовые осадочные бассейны также должны испытывать погружение, но значительно меньшее по амплитуде, чем в предыдущем случае.

Глава II. Численное моделирование внутриконтинентальных

бассейнов.

Вторая глава посвящена моделированию эволюции крупных осадочных бассейнов платформенных областей. Здесь приведен численный алгоритм расчета вязких течений со скачками плотности, предложенный Наймарком и Исмаил-заде (1994 а,б) для расчетов эволюции бассейнов. Рассмотрены модели развития бассейнов Северо-Американской платформы: Иллинойского, Мичиганского и Вил-листонского (Naimark and Ismail-Zadeh, 1995). Приведены результаты анализа тектонического погружения и модели эволюции Тунгуского бассейна в палеозое (Ismail-Zadeh et al., 1997), Тимано-Печорского бассейна (Исмаил-заде. и Костю-ченко, 1994), Московской синеклизы и Предуральского прогиба (Ismail-Zadeh, 1997) в позднем девоне. Дано объяснение природе аномалий силы тяжести и предложен возможный механизм формирования Днепровско-Донецкого бассейна (Lobkovsky et al., 1996).

В секции 4 рассматривается численный метод расчета вязких течений, наведенных погружающимися в астеносфере тяжелыми телами. Решаются совместно уравнение Стокса

где ф - функции тока, определяемая из уравнений и = дф/дг и IV = —дф/дх, и и ти - компоненты скорости; /г - вязкость, р - плотность; А обозначает ^ или р\ х - горизонтальная координата; г - вертикальная координата (глубина), ось г направлена вверх; д - ускорение силы тяжести.

Рассматривается течение в прямоугольнике Г2 : 0 < х < Ь, —Н < г < 0. На границе П выполняются следующие условия идеального скольжения:

(1)

и уравнение переноса для плотности и вязкости

дА _ дфдА_дфдА dt дх dz dz дх'

(2)

ф = д2ф/дх2 = 0 при х = 0 и i = L, ф = дгф/дг2 = 0 при 'г = 0 и z =-Н.

Плотность р задается в виде суммы двух компонент: непрерывной р\ и разрывной рг- р — р\ + рг- В момент í = 0 задаются начальные распределения плотности и вязкости:

Pi\t=o = Poi(x, z), />2|(=0 = Poi(x, z), fi¡i=o = Mx, г). (4)

где fio, poi и po2 - заданные функции, причем p01 непрерывна, а раг терпит разрыв вдоль заданной кривой С0:

Pai = ci при (х, z) с одной стороны Со, Р02 = ¿2 при (х, z) с другой стороны СоСчитается, что функции éj и с2 не зависят от пространственных координат.

Задача состоит в нахождении ф, р и ¡i в П для всех t из уравнений (1) и (2), граничных условий (3) и начальных условий (4).

При решении поставленной задачи используется метод Галеркнна, и уравнения (1) и (2) сводятся к следующим:

г г |\ д2ф дЧф (д2ф д2ф\ (д26ф д26ф\ , ,

JJ гd¿did¿d¡+/i w " ы) - dxdz =

= 9 JJ pi^-dxdz + g [Ci{t) - ¿i{t)] J £ф(х, z)dz, (5)

я с

ífdAj rr л(дфд8А дфд8А\ , J '

JJ m6Adxdz = -JJA {-¿ИГ -Tzlb) dxdz (6)

ÍJ SI 4 '

для любых подходящих пробных функций 8ф и 8А.

Определение. Решением задачи (1)-(4) называется совокупность функций ф(х, z, í), pi(x, z, í), ¡i(x, z, t) и семейство кривых С, удовлетворяющих уравнениям (5) и (6). Кривая C(t) получается сдвигом начальной кривой Со по траекториям системы дифференциальных уравнений dx дф dz дф •

функция ф удовлетворяет граничным условиям (3); функции р. и р\ и кривая С удовлетворяют начальным условиям

И 1=0 = Vо(1, г), Я1|1=о = Рю(х, г), £|е=0 = С0-

Чтобы найти решение задачи, используется численный метод, основанный на аппроксимации функции тока, вязкости и непрерывной компоненты плотности бикубическими сплайнами. Подставляя разложения по сплайнам искомых функций в уравнения (5) и (6), получаем систему линейных алгебраических уравнений для сплайн-коэффициентов функции тока и систему обыкновенных дифференциальных уравнений для сплайн-коэффициентов вязкости и непрерывной компоненты плотности. Совместное решение этих уравнений приводит к численному решению поставленной задачи. Трудность учета скачков плотности состоит в том, что разрывные функции плохо приближаются сплайнами. В работе устраняется эта трудность и предлагается численный алгоритм расчета течений вязкой среды со скачками плотности.

В последующих секциях данной главы изучаются модели эволюции нескольких внутриконтинентальных бассейнов мира, основанные на механизме "магматизм-эклогитизация", описанном в главе 1, и на численном алгоритме, изложенном в секции 4. При разработке этих.моделей использовались следующие допущения:

- Скорость теплообмена между магматической линзой и окружающей средой накладывает ограничение на количество вещества, участвующего в фазовом переходе. Такая ситуация приближенно описывается с помощью временной зависимости скачка плотности между магматической линзой и астеносферой: с(1) = с0(1 — ехр(—7^), где с(£) - скачок плотности, а Со и 7 - константы, которые можно оценить при исследовании конкретного бассейна.

- В моделях не учитываются процессы эрозии и осадконакопления.

- Модели является чисто механическими, в них не учитываются тепловые эффекты.

- Многие исследователи при построении моделей эволюции осадочных бассейнов используют упругую реологию. Однако трудно вообразить, что кора остается упругой в течении 100-300 миллионов лет: эффекты ползучести значительны при таких временных интервалах. И хотя кора не является существенно вязкой,

в моделях рассматривается Ньютоновская реология.

В секции 5 представлены численные модели эволюции Иллинойского, Мичиганского и Виллистонского бассейнов Северо-Американской платформы. Несколько механизмов погружения бассейнов этой платформы были предложены ранее, среди них: модель простого растяжения (Ahem and Mikvicka, 1984; Fowler and Nisbet, 1985), модель фазовых переходов в нижней коре (Haxby et al., 1976; Hamdani et al., 1991, 1994) и модель горизонтальных напряжений (Quinlan, 1987). В то же время эти модели не могли объяснить наблюдаемые положительные аномалии сейсмических волн (Hajnal et al., 1984; Sexton et al., 1986) и гравитационного поля (Hinze, Bradley and Brown,1978; McGinnis et al., 1979; Society of Exploration Geophysicists, 1982; Kane and Godson, 1985). Предложенная численная модель объясняет эти аномалии и ее результаты показывают, что тектоническое погружение в бассейнах хорошо согласуется с предсказанным погружением.

В секции 6 изучается модель эволюции Тунгусского бассейна ВосточноСибирской платформы. Патологические колонки, полученные на основании скважинных данных, вместе с сейсмостратиграфическими профилями дают возможность анализа тектонического погружения бассейна в докембрийское и палеозойское время. Анализ тектонического погружения выявил, что в раннем кембрии бассейн испытывал быстрое погружение, которое замедляется в среднем кембрии-раннем ордовике. Начиная со среднего ордовика и до поздней перми в регионе господствует режим неустойчивого прогибания с перерывами в осадко-накоплении и эрозией. Была предложена качественная модель эволюции Тунгусского бассейна в палеозое. Данная модель описывает синрифтовую аккумуляцию магматического расплава под утоненной литосферой, пострифтовую фазу охлаждения, фазовые переходы к эклогитам и мантийные течения, вызванные погружающимися тяжелыми породами. Построена двумерная количественная модель течений в астеносфере-литосфере, приводящих к эволюции Тунгусского бассейна. Несмотря на простоту модели, результаты вычислений подтверждают данные наблюдений. Кривая погружения, предсказанная предложенной моделью, лучше приближает кривую тектонического погружения, чем кривые, предсказан-

ные моделью теплового охлаждения. Численные результаты находятся в соответствии с наблюдаемыми данными по гравитационному полю над Тунгусским бассейном. Положение эклогитовой линзы, полученное из модели, может объяснять аномалии сейсмических скоростей на глубинах 117-123 км (Priestley et al., 1994).

В секции 7 исследуется эволюция Тимано-Печорского бассейна и предложена концептуальная модель непрерывного погружения Тимано-Печорского бассейна как результат двухфазного растяжения литосферы: пассивного растяжения в ордовике и активного растяжения, связанного с возможным подходом плюма, в силуре. На основе анализа погружения были выявлены фазы быстрого погружения бассейна в позднем девоне и ранней перми. Было предложено, что погружение в позднем девоне может быть связано с нисходящими течениями в верхах мантии, наведенные эклогитизацией магматических пород, в то время как погружение в ранней перми коррелирует с Уральским орогенезом. Была построена численная модель эволюции бассейна, начиная с позднего девона. Предложенная численная модель хорошо согласуется с данными наблюдений, тектоническим погружением и концептуальной моделью развития бассейна в ордовике-силуре.

Происхождению аномалий силы тяжести и механизму эволюции Днепровско-Донецкого бассейна посвящена секция 8. На основании детального гравитационного моделирования вдоль нескольких профилей через Днепровско-Донецкий бассейн было показано, что большие положительные аномалии гравитационного поля не могут объясняться вулканическими толщами в чехле или основными интрузиями в фундаменте, а вызваны глубинными процессами (Lobkovsky et al., 1996). В работе предложен механизм формирования бассейна в девоне, основанный на эклогитизации магматических пород в верхах мантии и находящийся в соответствии с данными гравитационного моделирования. Была построена численная модель пострифтовой эволюции региона (начиная с позднего девона), которая демонстрирует этапы развития бассейна и находится в согласии с результатами анализа тектонического погружения.

В секции 9 сделана попытка рассмотреть и соотнести многочисленные модели эволюции бассейнов Восточно-Европейской платформы, которые позволяют

объяснить две стадии их быстрого погружения в пост-девонское время, с геологическими и геофизическими наблюдениями по Тимано-Печорскому бассейну, Преяуральскому прогибу, Прикаспийской впадине, Днепровско-Донецкому бассейну и Московской синеклизе. Эти модели предполагают, что эволюция бассейнов контролировалась одним или несколькими из следующих процессов: растяжение, тепловое охлаждение, фазовые переходы минералов, субдукция под платформу, сжатие. Хотя, кале было показано, некоторые особенности бассейнов хорошо согласуются с одной из этих моделей, ни одна модель не может полностью объяснить всех особенностей.

Модель, в основу которой положен механизм "магматизм-эклогитизация", позволяет объяснить погружение Днепровско-Донецкого и Тимано-Печорского бассейнов в девоне. Модель согласуется со строением коры и верхней мантии по сейсмическим, и гравиметрическим данным. Кривая погружения, рассчитанная по этой модели, ближе к кривой тектонического погружения, чем кривая, рассчитанная по модели теплового погружения. Эволюция Прикаспийского бассейна в пост-девонское время скорее всего конролируется механизмом "магматизм-эклогитизация" . Что же касается Московского бассейна и Предуральского прогиба, то погружение в девоне-перми может быть объяснено с позиций механизма образования мантийных течений, обусловленных субдукцией. Второй этап быстрого погружения Тимано-Печорского, Предуральского, Прикаспийского и Московского бассейнов, вероятно, был вызван Уральским орогенезом и континентальной коллизией.

Глава III. Численное моделирование эволюции стратифицированных геоструктур.

Глава III посвящена изучению моделей эволюции стратифицированных

I

геоструктур. Описан численный метод расчета течений вязкой среды со скачками плотности и вязкости. Представлены численные модели эволюции соляных структур осадочных бассейнов (Ismail-Zadch and Naimark, 1996).Рассматриваются история тектонического погружения и модели эволюции Ионического бассейна Средиземного моря и южной Сицилии (Ismail-Zadeh et al., 1996). Обсуждается

роль вязких течений, фазовых переходов и дегидратации в процессе генерации напряжений в древних погружающихся плитах (Ismail-Zadeh et al., 1996; Исмаил-заде и Наймарк, 1997).

Проблемы гравитационной неустойчивости химически стратифицированных слоев являются важными в геофизической гидродинамике. Исследования движений границ, разделяющих геоматериалы с различными физическими свойствами, являются принципиальными в задачах многослойной мантийной конвекции, суб-дукции литосферных плиг, погружения тяжелых тел в астеносфере, диапиризма и многих других (Jacoby, 1970; Römer and Neugebauer, 1991; Ribeand Christensen, 1994; Schubert et al., 1995; Naimark and Ismail-Zadeh, 1995). Адвекция материальных границ изучалась аналитически в случае малых возмущений (напр., Biot and Ode, 1965; Chandrasekhar, 1968; Наймарк и Яновская, 1976; Исмаил-заде и Наймарк, 1990; Исмаил-заде, 1991; Исмаил-заде, 1992; Naimaik and Ismail-Zadeh, 1994). При численном решении задачи для конечных смещений материальной границы возникают проблемы, связанные с ошибками при адвекции ступенчатой функции (Lenardic and Kaula, 1993). Чтобы минимизировать такие ошибки, были предложены алгоритмы расчета вязких течений со скачком плотности (Christensen, 1982, 1992; Наймар к и Исмаил-заде, 1994). В этом случае удалось точно учесть скачок плотности, входящий в правую часть уравнения сохранения момента движения. Эти алгоритмы позволили ввести цепь пассивных маркеров и тем самым свести основную вычислительную трудность к интегрированию соответствующих членов вдоль кривой, соединяющей маркеры.

Проблема адвекции материальной границы сложнее в случае со скачком вязкости, который входит в левую часть уравнения сохранения импульса. В основном предпринимались попытки сгладить ступеньку на нескольких шагах вычислительной сетки (напр., Woidt, 1978; Christensen and Yuen, 1984; Christensen, 1992). Однако процесс сглаживания требует мелкой сеткп и, следовательно, больших вычислительных мощностей. Кроме того был предложен специальный фильтрующий числепный метод, с помощью которого можно было на каждом временном шаге устранять вычислительные ошибки, связанные со скачком вязкости (Lenardic and Kaula, 1993). В секции 10 описывается численный подход к реше-

ншо уравнений движения вязкой несжимаемой жидкости в случае разрывной вязкости. Он основан на прямом интегрировании произведений кусочно-постоянной вязкости на произведения базисных функций и их производных, входящих в левую часть уравнения (5).

В секции 11 представлены две численные модели роста соляных структур: (а) активный рост диапира и (б) рост диапира с неоднородной нагрузкой на поверхности, вызванной надвинутым осадочным покровом. Последняя модель представляет особый интерес в связи с асимметричной формой соляных структур, часто встречающейся, в природе (см., Волож.и др,, 1997). .

В секциц. 12 рассматривается история развития бассейна Ионического моря. С геолого-геофизической точки зрения Ионической бассейн — один из наиболее интересных районов Средиземного моря. Региональные сейсмические и некоторые стратиграфические исследования, проведенные в недавнее время, позволили выявить сложную структуру коры и осадочного чехла этого региона (Ferrucci et al., 1991; Cernobori et al., 1995). В работе были использованы результаты этих исследований и многочисленные данные по бурению южной Сицилии и соседних с ней областей открытого моря для изучения истории погружения этой области и прилегающих к ней районов. Основной задачей исследования было построение модели геодинамической эволюции региона, описывающей наблюдения и учитывающей глубинные процессы под Ионическим бассейном.

Была предложена концептуальная модель формирования Ионического бассейна, в основу которой положено предположение об эклогитизации верхНемантийных пород. Здесь были изучены также двумерные количественные модели высоковязких мантийных течений под Ионическим бассейном для двух случаев: течений, наведенных подъемом астеносферы и погружением тяжелой экло-гитовой линзы. Это погружение явилось, скорее всего, причиной как эволюции Ионического, бассейна.начинал с меда, так и сжатия литосферы с возможной инверсией Ионического бассейна в позднемеловое-третичное время. Несмотря на простоту, количественные модели хорошо согласуются с тектонической моделью (Dercourt et al., 1986) и с результатами сейсмических и гравитационных исследований и изучения теплового потока. Сейсмическая томография (Wortel and

Spakman, 1992) Средиземноморского региона позволила выявить положительные аномалии Р-волн на глубинах от 66 до 110 км под Ионическим бассейном, что может соответствовать плотностям, характерным для эклогитов. Положительная аномалия Буге достигает 310 мГал в центральной части Ионического бассейна (Morelli et al., 1975) и вместе с сейсмическими аномалиями служит убедительным доказательством наличия плотных тел в верхней мантии. Более того, величины теплового потока под Ионическим бассейном не превышают 40 мВт м-2 (Deila Vedova et al., 1991), что свидетельствует об отсутствии активных восходящих астеносферных течений под бассейном.

Результаты анализа погружения и численные модели позволили лучше понять эволюцию этой области. Быстрое погружение южной Сицилии в направлении Ионического моря в позднегриасовое время свидетельствует об активном растяжении в этом регионе. Быстрое опускание Ионического бассейна в раннем мелу, видимо, было связано с фазовыми переходами в верхней мантии. Погружение Ионического бассейна в неогене, по нашему мнению, могло быть вызвано сжатием вследствие коллизии Африки и Европы. Таким образом, основыми причинами эзолюции Ионического бассейна начинал с поздпей юры могли быть восходящие мантийные течения, приведшие к растяжению, фазовый переход к эклогитам в верхней мантии и последующее погружение тяжелого материала, приведшее к сжатию и инверсии бассейна.

В секции 13 исследована численная модель погружения океанической плиты под внутриконтинентальным регионом, изучено влияние фазового перехода базальт-эклогит в погружающейся плите на изменение напряжений в окружающих породах и обсуждена возможная роль дегидратации пород как механизма генерации напряжений в погружающейся плите в зоне Вранча. Численные модели, описывающие погружение плиты, позволяют объяснить геодинамическую эволюцию осадочных бассейнов и сейсмическую активность в зоне Вранча, и согласуются с наблюдениями за локальными напряжениями в этой зоне: оси сжатия и растяжения близки к горизонтальной и вертикальной, соответственно (Oncescu and Trifu, 1987). Средний вычисленный сейсмический момент, возникающий из-за изменения объема в результате фазового перехода базальт-эклогит в

погружающейся плите, значительно слабее по сравнению со средним наблюдаемым сейсмическим моментом толчков, происходящих в зоне Вранча на глубинах от 70 до 170 км. Из этого вытекает, что фазовый переход базальт-эклогит, вероятно, не ирает ведущей роли в генерации напряжения на промежуточных глубинах в зоне Вранча. Напротив, генерация поровых флюидов вследствие дегидратации водносодержащих минералов в плите может приводить к интенсификации процессов разломообразования. Таким образом, вязкие течения, возникающие вследствие погружения реликтовой плиты совместно с разломообразова-нием, контролируемым дегидратацией, может рассматриваться как возможный спусковой механизм, объясняющий среднефокусную сейсмичность в зоне Вранча.

Глава IV. Трехмерное численное моделирование верхнемантийных течений.

Совершенствование методов обработки сейсмических данных и достижения в технологии бурения позволяют изучать погружение осадочных бассейнов все более детально. Совместный анализ этих данных и численных моделей приводит к лучшему пониманию эволюции осадочных бассейнов. Трехмерный анализ сейсмических данных и тектонического погружения находят все более широкое применение. Это показывает, насколько важны трехмерные численные модели эволюции осадочных бассейнов (Cloetingh et al., 1994). Первые шаги в направлении подобного моделирования были предприняты в работах (Braun, 1993; van Wees and Cloetingh, 1994; Braun and Beaumont, 1995).

В главе IV описана трехмерная численная модель высоковязких течений, наведенных эклогитизацией магматических пород в верхах мантии, и эволюции осадочных бассейнов (Ismail-Zadeh et al., 1997).

Рассматриваются течения вязкой несжимаемой жидкости под действием гравитационных сил в прямоугольной области П : 0 < i; < L,, ¿ = 1,2, 3. Движение вязкой жидкости в декартовых координатах описывается следующими уравнениями (напр., Chandrasekhar, 1968):

/>$ = - V-P + divOieoO + G,, (7)

дщ дщ дСЬ , дС12 эсь

<3* = ¿,./,¿=1,2,3.

где и = (и!, «2, «з) - вектор скорости, = (0,0, — <7р) - вектор внешних массовых сил, д - ускорение силы тяжести, Р - давление, р - плотность, р - вязкость, еу - тензор скоростей деформаций.

Уравнения (7) вместе с условием несжимаемости

(Иу и = 0

и уравнениями переноса плотности и вязкости

dp „ du

-£+<VP, u>=0, -^+<V/x,u>=0

образуют полную систему для нахождения неизвестных щ, U2, "3j Р, Р, Р как функций времени t и пространства х = (¡С], z2,13).

Послё перехода к безразмерным величинам независимых переменных и искомых величин, учитывая медленность реального процесса, в первом уравнении (7) можно положить du/dt = 0. Исключим из рассмотрения давление Р и условие несжимаемости, введя векторный потенциал \)> = {ф\,ф2,фз) по формуле u = roti|>. Выполним операцию rot над равенством (7), тогда, учитывая равенство rot(V-P) = 0 и равенство div(rotiJ>) = 0, получим систему уравнений для нахождения функций ф\, ф?, фз, р, р :

rot div(/ie,j) + rot Gf, = 0, dp du

—+ < sjp, u >= 0, < 4 p, u >= 0, u = rot i|>,

ot 01

На каждой из граней параллелепипеда П рассматривается одно из двух граничных условий: прилипание или идеальное скольжение с непроницаемостью.

Численный метод основан на представлении векторного потенциала скорости в виде линейной комбинации базисных трикубических сплайнов, определенных на малых носителях, и на методе Галеркина для определения ее коэффициентов.

Плотность и вязкость представляется в аналогичной форме, и в результате уравнения их переноса преобразуются в системы обыкновенных дифференциальных уравнений с правыми частями, содержащими векторный потенциал скорости. Эти уравнения решаются методом Рунге-Кутта четвертого порядка, причем для расчета правых частей на каждом шаге вычисляются коэффициенты разложения векторного потенциала скоростей по базисным сплайнам. Результатами расчетов являются распределения плотности, вязкости и потенциала скоростей в модельной области для последовательных моментов времени. Топография поверхности выражается через нормальные напряжения и давление на верхней поверхности, где заданы условия идеального скольжения. В работе построена численная модель развития бассейна и рассчитаны поля скоростей. Несмотря на свою простоту, модель хорошо описывает основные черты эволюции бассейна.

Заключение.

В диссертационной работе развиты основы нового междисциплинарного направления - количественное моделирование геодинамической эволюции осадочных бассейнов. В рамках этого направления получены следующие наиболее важные результаты.

1) Предложена количественная модель погружения земной коры и образования осадочных бассейнов в результате мантийных течений, наведенных эклоги-тизацией магматических неэффузивпых пород.

2) Предложен метод вычисления медленных течений в мантии с переменными и разрывными физическими параметрами среды. Разработаны алгоритмы расчетов таких течений для одно- и многопроцессорных вычислительных комплексов.

3) С помощью разработанной методики вычислений построены численные модели формирования и эволюции осадочных бассейнов:

(а) Иллинойский, Мичиганский и Виллистонский;

(б) Тунгусский;

(в) Тимано-Печорский и Днепровско-Донецкий;

(г) Ионический.

4) Показано, что бассейны Восточно-Европейской платформы испытывали быстрое погружение в среднем-поздпем девоне, которое может объясняться экло-гитизацией в верхах мантии.

5) В рамках предложенной модели установлена связь между (а) синрифтовым растяжением и пострифтовым сжатием литосферы и (б) быстрым погружением и следующим за ним медленным подъемом фундамента бассейна.

6) Разработана модель погружения древней океанической плиты под континентальным регионом (на примере Вранча, Румыния). Показано, что среднефо-кусная сейсмичность является результатом высвобождения напряжений, генерирующихся за счет вязких течений, фазовых переходов и процесса дегидратации.

7) Построена трехмерная численная модель формирования и эволюции депрессий на поверхности Земли. Предложен алгоритм расчета и подготовлен пакет программ для одно- многопроцессорных вычислительных комплексов.

Полученные результаты дают возможность сделать следующие выводы.

1. Развитая в диссертации теория и методика междисциплинарного исследования обладают универсальностью и перспективны при исследовании многих проблем региональной геодинамики, связанных с нестационарными процессами в коре, литосфере и астеносфере.

2. Изучение ряда осадочных бассейнов мира пока-ывает, что предложенная в работе модель эволюции бассейнов "магматизм-эклогитизадия" объясняет сложную историю их развития и современные геолого-геофизические наблюдения (такие как положительные аномалии сейсмических волн и гравитационного поля) лучше, чем предложенные ранее.

3. Быстрые погружения Тунгусского бассейна в раннем кембрии, Илли-нойского бассейна в позднем кембрии, Мичиганского бассейна в раннем силуре, Виллистонского бассейна в ордовике, Тимано-Печорского и Днепровско-Донецкого бассейнов в позднем девоне и бассейна Ионического моря в раннем мелу могут быть связаны с мантийными течениями, наведенными эклогитиза-цией магматических пород в верхах мантии.

4. Одной из причин возникновения инверсий бассейна в пострифтовую ста-

дию развития является изостатический ответ литосферы на действие нагрузки.

5. Погружающиеся под внутриконтинентальными регионами океанические плиты вносят вклад в региональныю геодинамическую обстановку, приводя к эволюции бассейнов и сред нефокусной сейсмичности.

6. Разработанные алгоритмы численного расчета позволяют изучать многие задачи геофизической гидродинамики (рост диапиров, погружение плит и др.)

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Лобковский Л.И., Исмаил-заде А.Т., Наймарк Б.М., Никишин A.M., Клутинг

С. Механизм погруженеия земной коры и образования осадочных бассейнов // ДАН. 1993. Т. 330. N 6. С.256-260.

2. Исмаил-заде А.Т., Лобковский Л.И., Наймарк Б.М. Геодинамическая модель

формирования осадочного бассейна в результате образования и последующего фазового перехода магматической линзы в верхней мантии // Геодинамика и прогноз землетрясений. М.: Наука, 1994. С.139-155. (Вычисл. сейсмология; Вып. 26).

3. Наймарк Б.М., Исмаил-заде А.Т. Численная модель формирования внутри-

континентальных осадочных бассейнов // ДАН. 1994. Т. 334. N 1. С.97-99.

4. Ismail-Zadeh, А. Т., В. М. Naimark, S. L. Kostyuchenko, and L.N. Solodilov, Tec-

tonic subsidence analysis and modeling of the sedimentary basins in the Siberian platform, in IASPEI Abstracts of XXVII General Assembly, 10-21 Jan, Wellington, 1994.

5. Ismail-Zadeh, А. Т., and В. M. Naimark, Subsidence of North American in-tracratonic basins: Numerical modeling, in Abstracts of XIX General Assembly of EGS, 25-29 April, Grenoble, Annales Geophysicae, 12, Supplement I, Part I, 15, 1994. .

6. Ismail-Zadeh, А. Т., В. M. Naimark, and S. L. Kostyuchenko, Quantitative modeling of Tunguska Basin formation, in Abstracts of AGU Spring Meeting, 23-27 May, Baltimore, Marylapd, 341, 1994.

7. Наймарк Б.М., Исмаил-задс A.T. Усовершенствованная модель погружения

тяжелых тел в астеносфере // Теоретические проблемы геодинамики и сейсмологии. М.: Наука, 1994. С.56-69. (Вычисл. сейсмология; Вып.27).

8. Исмаил-заде А.Т., Костюченко C.JT. Анализ тектонического погружения и возможный механизм образования Тимано-Печорского бассейна // Разведка и охрана недр. 1994. N 10. С.24-27.

9. Naimark, В. М., and А. Т. Ismail-Zadeh, Numerical models of subsidence mech-

anism in intracratonic basins: Application to North American basins. Geophys. J. Int., 123, 149-160, 1995.

10. Ismail-Zadeh, А. Т., В. M. Naimark, and S. L. Kostyuchenko, The Timan-Pechora Basin evolution: Tectonic analysis and numerical modeling, in Abstracts of XXI General Assembly of IUGG, 2-14 July, Boulder, Colorado, 418, 1995.

11. Ismail-Zadeh, А. Т., R. Nicolich, and B. Delia Vedova, Backstripping analysis, possible mechanism, and quantitative modelling of the Ionian Basin, in Abstracts of 5th Zonenshain conference on plate tectonics, 22-25 November, Moscow, 218, 1995.

12. Ismail-Zadeh, А. Т., В. M. Naimark, and L. I. Lobkovsky, Hydrodynamic model of sedimentary basin formation based on development and subsequent phase transformation of a magmatic lens in the upper mantle, in Computational Seismology and Geodynamics, vol. 3, edited by D. K. Chowdhury, pp. 42-53. Am. Geophys. Un., Washington D.C., 1996.

13. Lobkovsky L. I., A. T. Ismail-Zadeh, S. S. Krasovsky, P. Ya. Kuprienko, and S. Cloetingh, Gravity anomalies and possible formation mechanism of the Dnieper-Donets Basin, Tectonophysics, 268, 281-292, 1996.

14. Ismail-Zadeh, А. Т., and В. M. Naimark, Gravitational instability of salt layer and relic slab: Numerical experiments, Center for Parallel Computers, Royal Institute of Technology, TRITA-PDC Report 1996:4, PDC/NADA, KTH, Stockholm, Sweden, 24 pp., 1996.

15. Ismail-Zadeh, А. Т., G. F. Panza, and В. M. Naimark, Stress in the descending relic slab beneath Vrancea, Romania, International Centre for Theoretical Physics, Internal Report IC/96/93, Trieste, Italy, 31 pp., 1996.

16. Ismail-Zadeh, А. Т., R. Nicolich, and L. Cernobori, Mesozoic evolution of the Ionian Sea basin: Numerical modelling, in Abstract of XXI General Assembly of the European Geophysical Society, 6-10 May, The Hague, The Netherlands, Annales Geophysicae, 14, Supplement I, Part I, 107, 1996.

17. Ismail-Zadeh, A. T., B. M. Naimark, A. I. Korotkii, A. P. Suetov, and I. A. Tsepelcv, Three-dimensional evolutionary models of lithosphere-asthenosphere system: Implication for sedimentary basin formation, in Abstracts of 30th International Geological Congress, 4-14 August, Beijing, Chine, Volume 1, 111, 1996.

18. Ismail-Zadeh, A. T., B. M. Naimark, L. I. Lobkovsky, and S. L. Kostyuchenko, Geodynamics of intra-continental basin formation: Quantitative models, in Abstracts of 30th International Geological Congress, 4-14 August, Beijing, Chine, Volume 1, 358, 1996.

19. Ismail-Zadeh, A. T., G. F. Panza, and B. M. Naimark, The Role of Viscous Flow, Phase Transition, and Dehydration in Stress Generation Within Descending Relic Slabs: Application to Vrancea, Romania, in Abstracts of AGU.Fall Meeting, 15-19 December, San Francisco, California, S41A-19, 1996.

20. Ismail-Zadeh, A. T., and B. M. Naimark, Numerical experiments on gravitational instability of geostructures, in Center for Parallel Computers, Progress Report 1994-1996, edited by F. Hedman, T. Wilhelmson, and U. Andersson, pp. 111112, Parallelldatacentrum, Stockholm, 1996.

21. Ismail-Zadeh, A. T., B. M. Naimark, A. P. Suetov, I. A. Tsepelev, and A. I. Korotkii, Three-dimensional numerical modelling of sedimentary basin formation, Center for Parallel Computers, Royal Institute of Technology, TRITA-PDC Report 1997:6, PDC/NADA, KTH, Stockholm, Sweden, 12 pp., 1997.

22. Ismail-Zadeh, A. T., B. M. Naimark, and Kostyuchenko S. L., Quantitative modelling of the Tunguska Basin evolution in the Palaezoic: A role of eclogitization within the uppermost mantle, J. Geodynamics, 23, 47-64, 1997.

23. Ismail-Zadeh, A. T., B. M. Naimark, and W. R. Jacoby, Numerical models of eclogitization-induced mantle flow: application to basin subsudence, in Abstract of XXII General Assembly of the European Geophysical Society, 21-25 April, Vienna, Austria, Annales Geophysicae, 15, Supplement I, Part I, 24, 1997.

24. Ismail-Zadeh, A. T., The Devonian subsidence of basins of the East-European platform: joint interpretation of observations and model results, in Abstract of XXII General Assembly of the European Geophysical Society, 21-25 April, Vienna, Austria, Annales Geophysicae, 15, Supplement I, Part I, 134, 1997.

25. Ismail-Zadeh, A. T., The Devdnian to Permian subsidence mechanisms in basins of the East-European platform, Center for Parallel Computers, Royal Institute of Technology, TRITA-PDC Report 1997:7, PDC/NADA, KTH, Stockholm,'Sweden, 31 pp., 1997.