Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования

Коптев, Александр Игоревич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования
ВАК РФ 25.00.03, Геотектоника и геодинамика

Автореферат диссертации по теме "Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования"

На правах рукописи

КОПТЕВ Александр Игоревич

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЛИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 25.00.03 - Геотектоника и геодинамика

1 3 ОКТ 2011

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 2011

4857208

Работа выполнена на кафедре динамической геологии геологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

Доктор геолого-минералогических наук Гончаров Михаил Адрианович

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук Костючснко Сергей Леонидович

Доктор физико-математических наук

Ведущая организация:

Институт Океанологии им.ПЛ.Ширшова РАН

Защита состоится 28 октября 2011 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 501.001.39 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, аудитория 415.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке геологического факультета МГУ (главное здание, корпус А, 6 этаж).

Автореферат разослан 27 сентября 2011 г.

Родкин Михаил Владимирович

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.39 доктор геол-мин. наук, профессор

А.Г. Рябухин

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В качестве главных источников современного поля напряжений в литосфере Земли обычно рассматривают три типа сил: силы разности гравитационного потенциала, или обобщенные топографические силы (силы, вызванные рельефом и плотностными неоднородно-стями внутри литосферы), силы затягивания в зонах субдукции (силы, связанные с погружением океанической литосферной плиты), силы мантийных течений (силы, вызванные воздействием на литосферу течений вещества под ее основанием вследствие конвекции в мантии). На современном этапе исследований относительной роли этих сил в формировании напряжений наметилось некоторое противоречие между результатами регионального и глобального моделирования. Результаты региональных работ в большинстве своем указывает на преобладающую роль сил разности гравитационного потенциала (Richardson, Reding, 1991; Coblentz, Sandiford, 1994; Sandiford et al., 1995; Coblentz et al., 1995, 1998; Coblentz, Richardson, 1996; Reynolds et al., 2002), а глобальных - наоборот, на доминирование сил мантийных течений (Bird, 1998; Lithgow-Bertelloni, Guynn, 2004). Для решения этого противоречия необходимо глобальное моделирование, в рамках которого с высокой степенью детальности и с учетом большого количества исходной информации произведена оценка сил гравитационных неоднородностей, а также выполнен расчет поля напряжений, возникающих вследствие действия этих сил. Помимо этого целесообразно провести и региональное моделирование, которое за счет своей большей детальности позволяет зафиксировать особенности моделируемых полей, не заметные при более грубом разрешении. Производительная мощность современной вычислительной техники позволяет в разумные сроки произвести соответствующие расчеты, а опубликованные данные - получить необходимую для этих расчетов входную информацию. Сравнение результатов расчетов с фактическими данными становится все более эффективным способом оценки качества моделей в связи с ростом количества замеров литосферных напряжений.

Моделирование напряженного состояния литосферы Земли является крайне важной задачей, позволяющей приблизится к правильному пониманию относительной роли движущих сил тектоники плит.

Цель работы: оценка роли сил разности гравитационного потенциала в формировании современного распределения напряжений в литосфере Земли с помощью численного моделирования.

Степень соответствия полученного таким образом модельного поля напряжений данным «Мировой Карты Напряжений» (Heidbach et al., 2008) позволяет оценить величину вклада сил разности гравитационного потенциала в существующее в литосфере распределение напряжений. Если уровень совпадения рассчитанных и наблюдаемых данных низкий, то роль обобщенных топографических сил в образовании поля напряжений незначительная. Если же соответствие между модельным и фактическим распределениями удовлетворительное, то силы, вызванные плотностными не-однородностями в литосфере, можно считать доминирующими с точки зрения формирования современного напряженного состояния.

Исходя из сказанного выше, достижение поставленной цели предполагает решение следующих основных задач:

1. Разработка алгоритма для расчета распределения напряжений (трехмерного, двумерного на плоскости и двумерного на сферической поверхности) и его реализация в действующем программном коде;

2. Построение трехмерной модели распределения температур и плотностей в литосфере Земли с использованием имеющихся данных по топографии, структуре земной коры, возрасте океанического дна, гравитационным аномалиям, температуре на поверхности Земли;

3. Количественная оценка сил разности гравитационного потенциала (обобщенных топографических сил) на базе рассчитанной температурно-плотностной модели литосферы;

4. Расчет модельных полей напряжений в литосфере Земли при различных граничных условиях и параметрах среды и сопоставление полученных распределений с фактическими данными по напряженному состоянию в литосфере Земли (или с результатами визуальной и/или статистической обработки этих данных);

5. Расчет региональных моделей распределений напряжений и порожденных этими напряжениями литосферных складок упругого изгиба.

Фактический материал. В качестве исходных в настоящей работе были использованы следующие имеющиеся в свободном доступе данные:

1. цифровая модель рельефа ЕТ0Р05 (National Geophysical Data Center, 1988);

2. структурно-вещественный состав земной коры по данным глобальной модели CRUST 2.0 (Bassin et al., 2000; Mooney et al, 1998) и модели для Европейского региона EuCRUST-07 (Tesauro et al., 2008);

3. гравитационные аномалии (гравитационная модель EGM96 (Lemoine et al., 1998));

4. возраст океанического дна (Muller et al., 1997);

5. распределение среднегодовых температур на поверхности Земли (Leemans et al., 1991; Lieth et al., 1972);

6. положение и геотектонический тип границ литосферных плит (Bird, 2003);

7. современное напряженное состояние литосферы по данным международного исследовательского проекта «Мировая Карта Напряжений» (World Stress Map, WSM) (Zoback et al, 1989; Zoback, Zoback, 1989; Zoback, Zoback, 1991; Zoback, 1992; Heidbach et al., 2004; Heidbach et al., 2007; Heidbach et al., 2008).

Научная новизна работы:

1. Для расчетов глобальных и региональных полей напряжений предложен оригинальный алгоритм количественной оценки распределения напряжений в трехмерном и двумерном (на плоскости и на сфере) пространстве, который основан на методе конечных объемов с использованием явной консервативной численной схемы в Лагранжевых координатах;

2. При расчетах распределения температур в литосфере Земли была введена изостатическая поправка, позволяющая снизить степень влияния на итоговый результат таких факторов как нестационарность теплового режима, неточность знаний о величине поверхностного теплового потока, коэффициента теплопроводности и параметров, определяющих теплогене-рацию пород;

3. На основании рассчитанного распределения температур получена глобальная модель термальной мощности литосферы Земли (разница между абсолютной отметкой изотермы 1300°С и дневной поверхностью);

4. Рассчитана глобальная модель распределения напряжений, возникающих в результате действия обобщенных топографических сил, вычисленных с использованием широкого спектра входных данных;

5. На примере глобальной модели показана существенная роль сил разности гравитационного потенциала в формировании современного поля напряжений;

6. Показана реальность модели упругого изгиба литосферы, возникающего вследствие действия тектонических напряжений, для объяснения быстрого плиоцен-четвертичного погружения Восточно-Черноморской и Южно-Каспийской впадин.

Практическое значение работы:

1. Предложенная методология и технология моделирования полей напряжений может быть использована для изучения катастрофических событий, непосредственно связанных с напряженно-деформированным состоянием литосферы, с учетом дополнительной информации о входных параметрах расчетов для конкретных сейсмоопасных территорий;

2. Данные глобального и регионального моделирования поля напряжений могут быть использованы в качестве граничных условий при построении более детальных трехмерных моделей околоскважинного пространства, разрабатываемых месторождений углеводородов, горных выработок (карьеров, шахт) и пр.;

3. Разработанные алгоритмы и методики представляют собой полезный вычислительный инструмент для построения моделей напряженного состояния.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Разработан и реализован в программном коде «Earth Stresses» оригинальный алгоритм расчета поля напряжений, основанный на методе конечных объемов с использованием явной консервативной численной схемы в Лагранжевых координатах, в трехмерном и двумерном (на плоскости и на сфере) пространстве;

2. Предложена методика и выполнен расчет термальной мощности литосферы Земли, в которой нашли свое отражение все главные тектонические структуры земной коры и литосферы;

3. Поле напряжений, рассчитанное как результат действия сил разности гравитационного потенциала, в главных своих особенностях соответствует современному напряженному состоянию литосферы Земли;

4. Быстрое плиоцен-четвертичное погружение Восточно-Черноморского и Южно-Каспийского бассейна может быть объяснено в рамках модели упругого изгиба литосферы, возникающего в результате воздействия тектонических напряжений.

Публикации и апробация работы. Основные положения и разделы диссертации опубликованы в 18 работах, в том числе в 3 статьях в рефери-

руемых журналах. Результаты исследований докладывались на конференциях и совещаниях различного уровня: XLIII Международном Тектоническом совещании «Тектоника и геодинамика складчатых поясов и платформ фанерозоя» (Москва, 2010); международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле" (Москва, 2011); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009; Москва, 2010; Москва, 2011); российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной «Году Планеты Земля» «Планета Земля: актуальные вопросы геологии глазами молодых ученых» (Москва, 2009); международной конференции, посвященной «Мировой Карте Напряжений» (Потсдам, Германия, 2008); Генеральной Ассамблее Европейского Союза Наук о Земле (Вена, Австрия, 2010); Ежегодной европейской конференции Американской Ассоциации Нефтяных Геологов (Киев, 2010).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Она имеет объем 181 страницу, включая 115 иллюстраций и 1 таблицу. Список использованной литературы включает 161 название.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность доценту кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидату геол.-мин. наук Андрею Викторовичу Ершову за постоянные консультации и помощь на всех этапах выполнения данной работы; доценту кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидату физ.-мат. наук Владимиру Сергеевичу Захарову за продуктивное сотрудничество при написании работы; главному научному сотруднику ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, доктору физ.-мат. наук Шамилю Ахмедовичу Мухамедиеву за плодотворные дискуссии и замечания, высказанные при рецензировании статьи по теме работы; доценту кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидату геол.-мин. наук Максиму Валерьевичу Коротаеву за внимание и поддержку.

Также хочется поблагодарить заведующего кафедрой динамической геологии, профессора, доктора геол.-мин. наук Николая Владимировича Короновского и заведующего кафедрой региональной геологии и истории

Земли, профессора, доктора геол.-мин. наук Анатолия Михайловича Никишина за постоянное благожелательное внимание к работе.

Выражаю признательность моему научному руководителю, заведующему лабораторией тектонофизики и геотектоники им. В.В. Белоусова кафедры динамической геологии, доктору геол.-мин. наук Михаилу Адриановичу Гончарову за всестороннюю поддержку при подготовке работы.

Особая благодарность моему первому наставнику Всеволоду Николаевичу Вадковскому', открывшему мне дорогу в мир науки.

В заключение хочу выразить благодарность всем сотрудникам кафедры динамической геологии и кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ, которые всегда очень доброжелательно относились ко мне и моим исследованиям.

Глава 1. Моделирование напряжений в литосфере Земли: Современное состояние проблемы

В ранних моделях тектоники литосферных плит основная причина движения литосферных плит виделась в мантийной конвекции, которая воздействовала на литосферные плиты за счет сил вязкого сцеплении на границе литосфера-астеносфера (Уеда, 1980).

В дальнейшем пришло понимание того, что источник движения плит может лежать в них самих. Вариации мощности коровых слоев в совокупности с плотностными неоднородностям, возникающими вследствие гетерогенности термального режима и состава, обуславливают возникновение сил, стремящихся уничтожить эти неоднородности и привести систему в более однородное состояние, характеризуемое меньшими значениями потенциальной энергии. К этим силам относятся так называемая сила сползания с хребта, определяемая термальной неоднородностью под срединными хребтами, силы гравитационного растекания утолщенной коры горных поясов, силы растекания в областях термальных сводов и др. Методика количественной оценки величины такого рода сил как разности вертикальных интегралов литостатического давления в латерально разнесенных колонках была предложена в работах (Frank, 1972; Artyushkov, 1973). Кроме того, плита испытывает действие так называемой силы затягивания в желоб, возникающей вследствие гравитационной неустойчивости сравнительно холодной и, следовательно, более плотной океанической литосферы погружающейся плиты (Forsyth, Uyeda, 1975).

Относительная роль этих трех источников современного поля напряжений (силы мантийных течений, силы разности гравитационного потенциала и силы затягивания в желоб) по-разному оценивалась различными исследователями в работах 70-х гг. (Harper, 1975; Forsyth, Uyeda, 1975, Solomon et al., 1975; Richardson et al., 1976,1979)

В работах конца 70-х - начала 90-х годов двадцатого века доминируют представления о том, что главным источником напряжений являются силы, вызванные гравитационными неоднородностями литосферы Земли (Lister, 1975; Molnar, Tapponier, 1978; Parsons, Ritcher, 1980; Dahlen, 1981; Houseman et al., 1981; England, McKenzie, 1982; Fleitout, Froidevaux, 1982; Fleitout, Froidevaux, 1983; England, 1987; Molnar, Lyon-Caen, 1988; Zhou, Sandiford, 1992).

Численное моделирование полей напряжений в пределах крупных регионов Земли - Европы (Golke, Coblentz, 1996; Mantovani et al., 2000; Pfiffner et al., 2000; Jimenes-Munt et al., 2001; Marotta et al., 2002; Marotta et al., 2004). Индо-Австралийской плиты (Sandiford et al., 1995; Coblentz et al., 1995, 1998; Reynolds et al., 2002), Австралийской плиты (Burbidge, 2004), Северо-Американской плиты (Richardson, Reding, 1991; Liu, Bird, 1998; Flesch et al., 2000), Южно-Американской плиты (Coblentz, Richardson, 1996; Meijer et al., 1997), Африканской плиты (Coblentz, Sandiford, 1994), Новой Зеландии (Liu, Bird, 2002) и др. - имело своей целью на примере конкретных областей определить природу имеющихся там напряжений.

Результатом большинства этих работ стало признание того факта, что наибольшую роль в формировании современного поля напряжений играют силы разности гравитационного потенциала. Однако общим выводом работ по моделированию глобального поля напряжений (Bird, 1998; Bird, Liu, 1999; Lithgow-Bertelloni, Guynn, 2004) было утверждение о том, что для наилучшего соответствия расчетного поля наблюдаемому необходимо включение в модель мантийных сил, а только топографические силы (силы, вызванные разностью гравитационного потенциала) оказывались неспособными формировать правдоподобное распределение напряжений.

Для решения этого противоречия между результатами глобального и регионального в настоящей работе было произведено изучение роли сил разности гравитационного потенциала в формировании глобального поля напряжений путем построения глобальной модели поля напряжений, возникающего в результате действия сил этого типа.

Глава. 2. Методика расчета поля напряжений

В данной главе приведена разработанная методика расчета поля напряжений. Глава состоит из разделов, которые посвящены основному циклу расчетов, геометрии расчетной сетки и численному дифференцированию с использованием теоремы о дивергенции (для двухмерной и трехмерной моделей), выбору величины шага по времени, а также учету сферичности расчетной сетки и границ плит и разрывных нарушений.

В рамках настоящей работы разработаны и реализованы в действующем программном коде алгоритмы для расчета поля напряжений о-,, как в двумерном (2<1), так и в трехмерном (Зс1) пространстве. Для моделирования напряженного состояния в литосфере Земли предложен специальный алгоритм для расчетов на сферической оболочке, представляющий собой некоторую модификацию решения плоской двумерной задачи. При этом методика допускает наличие разрезов на расчетной сетке (оболочке) и предполагает изменяющиеся в пространстве реологические свойства среды.

Поле напряжений а„ рассчитывалось путем численного решения уравнения равновесия

1^=0. (1)

ы ох,

Поле внешних сил ^ задавалось в качестве входных данных для расчетов (в случае моделирования напряжений в литосфере Земли оно рассчитывалось из разности гравитационного потенциала литосферы).

Реология среды предполагалась упруго-пластической. Принималось, что полная деформация представляет собой сумму упругой и неупругой частей.

Уравнение (1) количественно решалось методом конечных объемов с использованием явной консервативной численной схемы в Лагранжевых координатах. Расчетная сетка представляла собой набор ячеек гексаэд-ральной (в случае 3<1-модели) и четырехугольной (в случае 2<1-модели) формы. При моделировании напряжений в литосфере Земли четырехугольные ячейки покрывали сферу с радиусом 6371 км.

В ходе расчетов производился циклический пересчет скоростей смещений в скорости деформаций, скоростей деформаций в напряжения, напряжений в силы, а сил обратно в скорости смещений. Часть этих величин

(скорости смещений, силы) центрированы в узлах расчетной сетки, а часть (скорости деформаций, напряжения) - в ячейках.

Длительность временного промежутка, в течение которого выполнялся расчет, определялась условием достижения стационарного состояния. Временной шаг выбирался таким, чтобы обеспечить устойчивость численной схемы.

Глава 3. Свойства литосферы и движущие силы тектоники плит

В данной главе вводится принятое в настоящей работе понятие литосферы и ее термальной мощности, рассказывается о методике и результатах расчетов термальной мощности и прочности литосферы Земли и принципе оценки сил разности гравитационного потенциала, а также методике расчета литосферных складок.

Предлагаемая методика расчета распределения напряжений основана на численном решении уравнения равновесия (1), поле внешних сил для которого задавалось в качестве входных данных. Также в качестве входных данных в расчетах поля напряжений выступали свойства моделируемой среды - плотность, модуль Юнга, прочность. Моделируемой средой в настоящей работе является литосфера Земли, а основными источниками напряжений в ней предполагаются силы разности гравитационного потенциала. Поэтому необходимым условием для моделирования напряженного состояния в литосфере Земли является не только разработка и реализация алгоритмов расчета поля напряжений, но и подготовка необходимых для этих расчетов входных данных.

Под полем внешних сил в настоящей работе понимались обобщенные топографические силы, расчет которых сводился к количественной оценке разности интегралов распределения по глубине литостатического давления (АПуияЬкоу, 1973; Артюшков, 1979). Соответственно, для расчета распределения по глубине литостатического давления для каждой лито-сферной колонки необходимо предварительно рассчитать трехмерную температурно-плотностную модель литосферы.

Распределение температур Т(г) с глубиной (г) в континентальной литосфере принималось стационарным и рассчитывалось как

где Т0 - температура на поверхности Земли, г„ - абсолютная отметка рельефа, к{:) - коэффициент теплопроводности, <7(2)-тепловой поток.

Распределение температур в океанической литосфере рассчитывалось в зависимости от ее возраста в рамках модели остывающего полупространства (Теркот, Шуберт, 1985):

T{z)-T0

= erf

(3)

тт ■

где Tm - температура подлитосферной мантии (принималась равной 1444°С), х ~ коэффициент температуропроводности (принят - 10~6 м2/с) (Stein, 1995), erf - функция ошибок, t - возраст литосферы. Возраст океанического дна был взят по данным (Muller et al., 1997).

Основными параметрами, определяющими термальное состояние литосферы, в данном случае, оказываются поверхностный тепловой поток для континентальной литосферы и возраст океанической литосферы. Вообще говоря, рассчитанное таким образом распределение температур будет содержать неточности, связанные с тем, что мы не очень хорошо знаем величину радиоактивной теплогенерации и коэффициент теплопроводности коровых пород, мощности коровых слоев, тепловой поток на поверхности, а также с невыполнением предположения о стационарности теплового режима для континентальной литосферы или с неучетом в модели дополнительных термальных факторов, таких как эффект горячих точек. Модель, рассчитанная только на основании выше приведенных термальных алгоритмов, далее в работе будет называться «базовой».

«Базовую» модель можно улучшить, если использовать дополнительную информацию. Как известно, изменение температуры пород литосферы ведет к изменению их плотности, которая в свою очередь влияет на изоста-тическое состояние литосферы. Как следствие, оказывается возможным использовать модель изостатической компенсации для корректировки термальной модели. Согласно гипотезе локальной изостазии для литосферы, находящейся в состоянии локального изостатического равновесия, веса любых двух вертикальных колонок литосферы от поверхности до глубины изостатической компенсации должны быть равны.

Поправки к «базовой» модели за счет модели изостатической компенсации вводились следующим образом. Поверхностный тепловой поток в уравнении (2) и возраст в уравнении (3) не полагались независимыми

входными параметрами при расчетах распределения температур в континентальной и океанической литосфере соответственно, но рассчитывались из положения изотермы 1300°С (подошвы литосферы), которое определялось из условия локальной изостазии.

Термальная мощность литосферы в каждой точке земной поверхности определялась в данной работе как разница между глубиной расчетной изотермы 1300°С и абсолютной отметкой рельефа. Расчет выполнялся на сетке с размером ячейки 0,5°х0,5°; границы ячеек были ориентированы вдоль параллелей и меридианов.

Результаты расчета термальной мощности литосферы приведены на рис.1.

Главные особенности полученного распределения термальной мощности литосферы заключаются в следующем:

1) значительное утонение литосферы (вплоть до нулевых значений ее мощности) в области срединно-океанических хребтов и областей континентального рифтогенеза;

2) по мере удаления от срединно-океанических хребтов наблюдается постепенное увеличение мощности литосферы (до 120-140 км на границе континент-океан);

3) в областях развития плюмового океанического магматизма фиксируется значительное уменьшение мощности литосферы;

4) области развития древних платформ характеризуются мощностью литосферы в 150-200 км.

Отличие от ранее опубликованных глобальных моделей термальной мощности литосферы (Апегтпеуа, Моопеу, 2001; Апегтеуа, 2006) заключается в том, что, во-первых, в настоящей работе производилась корректировка «базовой» термальной модели за счет поправок на изостатическую компенсацию литосферы, и во вторых, в том, что выполнен расчет для всей литосферы Земли, а не только на только для литосферы континентов (АПепнеуа, 2006).

Методика расчета прочности литосферы Земли основана на использовании реологического профиля, который представляет собой комбинацию профилей прочности в хрупком и пластическом режимах (ЛапаШ, 1995). Расчет прочностных свойств литосферы необходим для учета в модели неупругого поведения среды.

В заключительном разделе главы приведены уравнения, численное решение которых позволяет моделировать возникновение обицелитосфер-ных складок упругого изгиба под воздействием предварительно рассчитанных напряжений. Такого рода моделирование необходимо для проверки правильности интерпретации авторами систем антиклиналеподобных структур, наблюдающиеся в Индийском океане (Zuber, 1987), Австралии (Stephenson, Lambeck, 1985), Канаде (Stephenson et al., 1990), центральной Азии (Nikishin et al., 1993; Burov et al., 1993) и в пределах территории Евразии (Nikishin et al., 1997) как литосферных складок, возникающих в результате действия тектонических напряжений.

Глава 4. Результаты глобального моделирования

В данной главе приводится методика и результаты интерполяции и экстраполяции данных «Мировой Карты Напряжений», а также результаты моделирования глобального поля напряжений в литосфере Земли с использованием методик и подходов, описанных в предыдущих главах, и сравнение этих результатов как с собственно фактическими данными (данными «Мировой Карты Напряжений»), так и с результатами их статистической обработки.

Представлены четыре модели глобального поля напряжений, которые наиболее показательны среди всех рассчитанных. Отличия между этими моделями заключаются в том, что две из них рассчитаны на сплошной, «неразрезанной» сетке, а две другие получены при «разрезании» сетки вдоль границ литосферных плит. При этом в пределах каждой из этих двух пар моделей тоже есть отличие - в одном случае обобщенные топографические силы получены из модели литосферы, учитывающей изостатиче-скую поправку в океанах, а в другом - из модели, в рамках которой температурный режим океанической литосферы рассчитывался только на основании ее возраста.

Наилучшей из предложенных считается модель, учитывающая изоста-тическую поправку в океанах и не имеющая «разрезов» на расчетной сетке (рис.2), главные особенности которой состоят в следующем:

1) четко выраженное растяжение вдоль всей протяженности всемирной системы срединно-океанических хребтов. Главная ось наибольшего растяжения практически повсеместно ориентирована перпендикулярно простиранию хребта;

2) хорошо проявленная обстановка сжатия вдоль северной и западной субдукционных границ Тихоокеанской литосферной плиты (Алеутская, Курило-Камчатская, Японская, Идзу-Бонинская, Марианская зоны субдукции), Филиппинской и Зондской зон субдукции; менее отчетливо сжатие, ориентированное по направлению движения погружения океанического слэба, выражено в пределах Центрально-Американской и Андской субдукционных зон;

3) преобладание сжимающих напряжений в областях сочленения океанической и континентальной литосферы (в том числе в пределах пассивных окраин континентов) вследствие противонаправленного действия сил сползания с хребта и сил гравитационного расплывания континентов. Главная ось максимального сжатия в данном случае чаще всего направлена перпендикулярно береговой линии континентов;

4) океанические структуры, связанные с внутриплитным магматизмом - хребет Девяностого градуса и Маскаренский хребет в Индийском океане, Гавайский и Императорские хребты в Тихом океане, Азорские острова, хребты Китовый, Рио-Гранде и Св. Марии в Атлантическом океане -маркируются обстановкой растяжения;

5) наличие напряжений растяжения в пределах континентальных рифтовых систем - Восточно-Африканской-Красноморской, Байкальской, Момской, провинции Бассейнов и Хребтов - вследствие действия сил сползания с термального свода. Главная ось растяжения, также как и в случае океанических спрединговых зон, ориентирована по нормали к простиранию континентальной рифтовой границы литосферных плит;

6) обстановка растяжения в крупных континентальных орогенах -Центральных Андах, Тибете, Кавказе, Альпах - как результат действия сил гравитационного расплывания;

7) доминирующая роль сжимающих напряжений в пределах Евразийского, Северо- и Южно-Американского континентов вследствие действия сил сжатия со стороны прилегающих океанических областей на континенты.

Степень соответствия результатов моделирования данным «Мировой Карты Напряжений» (и результатам усреднения этих данных) в целом можно характеризовать как очень хорошую, но она различная для разных регионов. При этом большое расхождение между данными расчетов и замеров в пределах какого-либо отдельного района может быть связано не

только с недостаточной корректностью модельных построений, но и с малым количеством точных определений напряженного состояния в рассматриваемой области или невозможностью применения используемых алгоритмов статистической обработки для этих данных.

По результатам выполненного моделирования можно заключить, что обобщенные топографические силы (силы отталкивания от хребта в океанах, силы гравитационного растекания орогенов на континентах) способны сформировать поле напряжений, в главном соответствующее наблюдаемому (по данным «Мировой Карты Напряжений»).

Глава 5. Результаты регионального моделирования

В данной главе приводятся результаты расчетов для Черноморско-Кавказско-Каспийского региона и Европы, демонстрирующие возможности регионального моделирования по разработанной методике. Необходимость в региональном моделировании обусловлена тем, что региональные модели распределения напряжений по сравнению с моделями глобальными обладают большей детальностью, что позволяет зафиксировать особенности моделируемых полей, не заметные при более грубом разрешении.

5.1. Черноморско-Кавказско-Каспийский регион

Одной из проблем в понимании истории развития Черноморской и Каспийской впадин является выяснение причин значительного увеличения скорости погружения этих бассейнов в плиоцен-четвертичное время. В работах (Nikishin et al., 2003; Brunet et al., 2003) для объяснения быстрого плиоцен-четвертичного погружения в пределах Черного и Каспийского морей была предложена модель прогибания литосферы под воздействием сжимающих напряжений, которые, как известно (Милановский, 1991; Ми-лановский, 1996), доминируют в данном регионе начиная с олигоцена вследствие коллизии Аравийской и Евразийской плит. Данная модель была подтверждена численными расчетами, которые показали возможность подбора таких сжимающих сил на границах моделируемого разреза, что вызванное этими силами прогибание упругой пластины, тождественной по свойствам реальной литосфере, будет сопоставимо с наблюдаемыми данными.

В данном разделе представлены результаты расчета термального состояния литосферы Черноморско-Кавказско-Каспийского региона, модели

напряженного состояния и модель синкомпрессионного упругого изгиба реологически неоднородной литосферы под действием внутриплитных напряжений (рис.3).

Для рассчитанных распределений напряжений характерны следующие общие особенности. В Черном и Каспийском морях доминирует обстановка сжатия. В Черном море субмеридиональное сжатие в его восточной части сменяется сжатием СЗ-ЮВ простирания в центральной и западной частях, которое переходит в субмеридиональное растяжение в северозападной части.

0.2

0.0

-0.2

-0.6

-1.0

Рис.3. Расчетное распределение амплитуды литосферных складок в Черноморско-Кавказско-Каспийском регионе

Для Каспийского моря характерна достаточно выдержанная ЮЗ-СВ ориентировка главных осей сжатия в Центральном Каспии, сменяющаяся на почти строго меридиональную на севере. Обстановка растяжения приурочена главным образом к области развития орогенов: практически весь хребет Большого Кавказа находится в состоянии СВ-ЮЗ растяжения, причем в восточной части это растяжение сменяется интенсивным сжатием

примерно того же простирания по периферии горного сооружения. Также стоит отметить региональное растяжение в пределах Эгейского моря, которое подтверждается фактическими данными и получено в настоящей работе в результате действия только сил разности гравитационного потенциала без привлечения каких-либо дополнительных источников, связанных с процессами, вызванными субдукцией.

Как видно из рис.3, где показаны амплитуды литосферных складок, возникающие в результате действия рассчитанных напряжений, наибольшие значения величины прогибания литосферы (около 1,5 км) наблюдаются в Восточно-Черноморской и Южно-Каспийской впадинах, именно для которых в работах (Nikishin et al., 2003; Brunet et al., 2003) и была предложена модель синкомпрессионного прогибания под воздействием сжимающих напряжений. Таким образом, выполненные на новом уровне расчеты подтверждают эти ранее опубликованные модели.

5.2. Европейский регион

Геодинамическая позиция Европейского региона определяется тем, что в его пределах друг на друга накладываются два источника напряжений — силы отталкивания от Северо-Атлантического хребта и коллизионные силы, действующие вдоль южной границы Евразийской плиты. При этом важно учитывать, что взаимодействие этих сил происходит на фоне сложного строения разновозрастной литосферы и достаточно расчлененного рельефа территории. Именно в связи с неоднородностью среды в этом регионе при геодинамическом моделировании крайне важным фактором становится высокое разрешение расчетов и детальный учет как можно большего количества данных.

Рассчитано два варианта распределения свойств литосферы, топографических сил и порожденных этими силами напряжений. В одной модели (модель 1) в качестве входных данных по структуре земной коры использовалась глобальная модель Crust2.0 (Mooney et al., 1998; Bassin et al., 2000), имеющая исходное разрешение 2°x2°, которое было увеличено до расчетного (0,25 °х 0,25°) в Европейском районе с помощью линейной интерполяции. Во втором случае (модель 2) была использована локальная для рассматриваемого региона модель структуры коры EuCRUST-07 (Tesauro et al., 2008) с разрешением 0,25°х0,25°.

Для обоих рассчитанных модельных распределений напряжений характерна ориентировка главных осей, в целом хорошо согласующаяся с полученной в результате визуального (Müller et al., 1992) и количественного (Olaiz et al., 2009) усреднения данных «Мировой Карты Напряжений». Что касается распределения режимов деформаций, то оно не противоречит предлагаемому в работе (Olaiz et al., 2009): в пределах континентальной части Европы в целом преобладают близкие к сдвиговым растягивающие деформации, обстановка растяжения проявлена в горных поясах Пиренеев и Альп, Эгейском море и Апеннинском полуострове, а сжатия - в Тирренском, Адриатическом и Ионическом морях.

В целом полученные результаты показывают, что даже в таком сложном с тектонической точки зрения регионе как Европа при детальном учете достаточного количества входной информации компьютерное моделирование может дать хорошо согласующиеся с наблюдаемыми данными результаты.

Заключение

В рамках настоящей работы разработан и реализован в действующем программном коде алгоритм для расчета распределения напряжений (трехмерного, двумерного на плоскости и на сферической поверхности). Построенная трехмерная модель распределения температур и плотностей в литосфере Земли позволила произвести количественную оценку сил разности гравитационного потенциала (обобщенных топографических сил), которые выступали в качестве основного источника при моделировании напряжений в литосфере Земли. Результаты моделирования поля напряжений (в глобальном и региональном масштабах) сравнивались с данными «Мировой Карты Напряжений» с целью оценки качества полученных моделей.

Выполненное в рамках настоящей работы численное моделирование поля напряжений позволило определить роль сил разности гравитационного потенциала в формировании напряженного состояния литосферы Земли. Поскольку распределение напряжений, хорошо согласующееся с наблюдаемым и описывающие все главные структуры литосферы Земли, может быть получено при использовании в качестве источников напряжений только обобщенных топографических сил, можно говорить о значительной роли сил разности гравитационного потенциала в формировании современного поля напряжений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в периодических изданиях (перечень ВАК)

1. Коптев А.И., Ершов A.B. Роль гравитационного потенциала литосферы в формировании глобального поля напряжений. // Физика Земли. 2010. №12. с. 66-81.

2. Коптев А.И., Ершов A.B. Термальная мощность литосферы: численная модель. // Вестник Московского Университета. Сер.4. Геология. 2011. №5. с. 62-79.

3. Коптев А.И., Ершов A.B. Численное моделирование термального состояния литосферы, распределения внутриплитных напряжений и лито-сферных складок в Черноморско-Кавказско-Каспийском регионе. // Бюллетень МОИП. Отд. геологии. 2011. т.86. вып.5. с. 3-11.

Тезисы докладов и материалы конферениий

4. Коптев А.И. Компьютерная модель напряженного состояния в литосфере Земли. // Материалы XLIII Тектонического совещания «Тектоника и геодинамика складчатых поясов и платформ фанерозоя». Москва, МГУ, 25 февраля 2010 г., т.1, 356-359 с.

5. Коптев А.И. Математическое моделирование напряженного состояния в литосфере Земли. // Материалы российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной «Году Планеты Земля» «Планета Земля: актуальные вопросы геологии глазами молодых ученых». Москва, МГУ, 6-7 апреля 2009 г., т.1,47-52 с.

6. Коптев А.И. Математическое моделирование поля напряжений в Индо-Австралийской плите. // Материалы XXI молодежной научной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца. Санкт-Петербург, 18-25 октября 2010 г., т.1,12-15 с.

7. Коптев А.И. Моделирование напряжений и деформаций в литосфере Земли. // Материалы докладов XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Секция «Геология». Москва, МГУ, 15-16 апреля 2009 г.

8. Коптев А.И. Численное моделирование литосферных напряжений и складок в Индийском океане. // Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2010», Секция «Геология». Москва, МГУ, 12-15 апреля 2010 г.

9. Коптев А.И. Численное моделирование распределения напряжений в Европе. // Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2011», Секция «Геология». Москва, МГУ, 11-15 апреля 2011 г.

10. Коптев А.И., Ершов А.В. Количественная модель термальной мощности литосферы Земли. // Тезисы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле". Москва, МГУ, 1-4 февраля 2011 г.

11. Коптев А.И., Ершов А.В. Моделирование поля напряжений и лито-сферных складок в Черноморско-Кавказско-Каспийском регионе. // Тезисы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле". Москва, МГУ, 1-4 февраля 2011 г.

12. Коптев А.И.. Ершов А.В. Структура литосферы и распределение напряжений в Европейском регионе. // Тезисы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле". Москва, МГУ, 1-4 февраля 2011 г.

13. Ershov A., Koptev A. Origination of lithosphere folds as a result of stress field reorganization. // 3rd World Stress Map Conference. Potsdam, 15-17 October 2008, P. 64.

14. Ershov A., Brunet M.-F., Koptev A., Nikishin A. Meso-Cenozoic tectonic history and modelling of the Eastern Black Sea - Western Caucasus and Fore-caucasus region. // AAPG European Region Annual Conference. Kiev, Ukraine, 17-19 October 2010.

15. Koptev A. Global model of stress field in the Earth's lithosphere based on numerical solution of the force's balance equation. // 1st students international geological conference. Krakow, Poland, 16-19 April 2010, P. 25.

16. Koptev A., Ershov A. Modelling of global lithospheric stress field on the spherical Earth. // 3rd World Stress Map Conference. Potsdam, 15-17 October 2008, P. 77.

17. Koptev A., Ershov A. Modelling of the stress field and buckling in the Black Sea-Caucasus-Caspian region. // AAPG European Region Annual Conference. Kiev, Ukraine, 17-19 October 2010.

18. Koptev A., Ershov A., Levchenko O. Numerical modeling of lithospheric stress field and buckling in the Indian ocean. // EGU General Assembly 2010. Vienna, Austria, 02-07 May 2010, Vol.12, EGU2010-14199,2010.

Подписано в печать:

22.09.2011

Заказ № 5946 Тираж - 150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Коптев, Александр Игоревич

Введение.

Глава 1. Моделирование напряжений в литосфере Земли:

Современное состояние проблемы.

Глава 2. Методика расчета поля напряжений.

2.1. Основной цикл расчетов.

2.2. Геометрия расчетной сетки.

2.2.1. Расчетная сетка 2с1-модели.

2.2.2. Расчетная сетка Зс1-модели.

2.3. Численное дифференцирование с использованием теоремы о градиенте и дивергенции.

2.3.1. Численное дифференцирование в 2<3-модели.

2.3.2. Численное дифференцирование в Зё-модели.

2.4. Выбор величины шага по времени.

2.5. Учет сферичности расчетной сетки.

2.6. Учет границ плит и разрывных нарушений.

Глава 3. Свойства литосферы и движущие силы тектоники плит.

3.1. Понятие литосферы и ее термальной мощности.

3.2. Методика расчета термальной мощности литосферы.

3.3. Результаты расчетов термальной мощности литосферы.

3.4. Прочность литосферы.

3.5. Принцип оценки сил разности гравитационного потенциала (обобщенных топографических сил).

3.6. Методика расчета литосферных складок.

Глава 4. Результаты глобального моделирования.

4.1. Интерполяция и экстраполяция данных «Мировой Карты Напряжений».

4.2. Рассчитанные модели глобального поля напряжений.

4.3. Сопоставление результатов расчетов с фактическими данными.

Глава 5. Результаты регионального моделирования.

5.1. Черноморско-Кавказско-Каспийский регион.

5.2. Европейский регион.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования"

Актуальность работы. В качестве главных источников современного поля напряжений в литосфере Земли обычно рассматривают три типа сил: силы разности гравитационного потенциала, или обобщенные топографические силы (силы, вызванные рельефом и плотностными неоднородностями внутри литосферы), силы затягивания в зонах субдук-ции (силы, связанные с погружением океанической литосферной плиты), силы мантийных течений (силы, вызванные воздействием на литосферу течений вещества под ее основанием вследствие конвекции в мантии). На современном этапе исследований относительной роли этих сил в формировании напряжений наметилось некоторое противоречие между результатами регионального и глобального моделирования. Результаты региональных работ в большинстве своем указывает на преобладающую роль сил разности гравитационного потенциала (Richardson, Reding, 1991; Coblentz, Sandiford, 1994; Sandiford et al., 1995; Coblentz et al., 1995, 1998; Coblentz, Richardson, 1996; Reynolds et al., 2002), а глобальных -наоборот, на доминирование сил мантийных течений (Bird, 1998; Lithgow-Bertelloni, Guynn, 2004). Для решения этого противоречия необходимо глобальное моделирование, в рамках которого с высокой степенью детальности и с учетом большого количества исходной информации произведена оценка сил гравитационных неоднородностей, а также выполнен расчет поля напряжений, возникающих вследствие действия этих сил. Помимо этого целесообразно провести и региональное моделирование, которое за счет своей большей детальности позволяет зафиксировать особенности моделируемых полей, не заметные при более грубом разрешении. Производительная мощность современной вычислительной техники позволяет в разумные сроки произвести соответствующие расчеты, а опубликованные данные - получить необходимую для этих расчетов входную информацию. Сравнение результатов расчетов с фактическими данными становится все более эффективным способом оценки качества моделей в связи с ростом количества замеров лито-сферных напряжений.

Степень соответствия полученного таким образом модельного поля напряжений данным «Мировой Карты Напряжений» (Heidbach et al., 2008) позволяет оценить величину вклада сил разности гравитационного потенциала в существующее в литосфере распределение напряжений. Если уровень совпадения рассчитанных и наблюдаемых данных низкий, то роль обобщенных топографических сил в образовании поля напряжений незначительная. Если же соответствие между модельным' и фактическим распределениями удовлетворительное, то силы, вызванные плотностными неоднородноегями в литосфере, можно считать доминирующими с точки зрения формирования современного напряженного состояния.

Исходя из сказанного выше, достижение поставленной цели предполагает решение следующих основных задач:

1. цифровая модель рельефа ЕТ0Р05 (National Geophysical Data Center, 1988);

2. структурно-вещественный состав земной коры по данным глобальной модели CRUST 2.0 (Bassin et al., 2000; Mooney et al., 1998) и модели для Европейского региона EuCRUST-07 (Tesauro et al., 2008);

3. гравитационные аномалии (гравитационная модель EGM96 (Lemoine et al.,

1998));

4. возраст океанического дна (Muller et al., 1997);

5. распределение среднегодовых температур на поверхности Земли (Leemans et al., 1991; Lieth etal., 1972);

6. положение и геотектонический тип границ литосферных плит (Bird, 2003);

7. современное напряженное состояние литосферы по данным международного исследовательского проекта «Мировая Карта Напряжений» (World Stress Map, WSM) (Zo-back et al., 1989; Zoback, Zoback, 1989; Zoback, Zoback, 1991; Zoback, 1992; Heidbach et al., 2004; Heidbach et al, 2007; Heidbach et al., 2008).

Научная новизна работы:

2. При расчетах распределения температур в литосфере Земли была введена изо-статическая поправка, позволяющая снизить степень влияния на итоговый результат таких факторов как нестационарность теплового режима, неточность знаний о величине поверхностного теплового потока, коэффициента теплопроводности и параметров, определяющих теплогенерацию пород;

Практическое значение работы:

3. Разработанные алгоритмы и методики, представляют собой полезный вычислительный инструмент для построения моделей напряженного состояния.

Защищаемые положения работы:

4. Быстрое плиоцен-четвертичное погружение Восточно-Черноморского и ЮжноКаспийского бассейна может,быть объяснено в рамках модели упругого изгиба литосферы, возникающего в результате воздействия тектонических напряжений.

Публикации и апробация работы. Основные положения и разделы диссертации опубликованы в 18 работах, в том числе в 3 статьях в реферируемых журналах. Результаты исследований докладывались на конференциях и совещаниях различного уровня: XLIII Международном Тектоническом совещании «Тектоника и геодинамика складчатых поясов и> платформ фанерозоя» (Москва, 2010); международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле" (Москва, 2011); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009; Москва, 2010; Москва, 2011); российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной «Году Планеты Земля» «Планета Земля: актуальные вопросы геологии глазами молодых ученых» (Москва, 2009); международной конференции, посвященной «Мировой Карте Напряжений» (Потсдам, Германия, 2008); Генеральной Ассамблее Европейского Союза Наук о Земле (Вена, Австрия, 2010); Ежегодной европейской конференции Американской Ассоциации Нефтяных Геологов (Киев, 2010).

Заключение Диссертация по теме "Геотектоника и геодинамика", Коптев, Александр Игоревич

Заключение

В рамках настоящей работы выполнено численное моделирование поля напряжений с целью определения роли сил разности гравитационного потенциала в формировании напряженного состояния литосферы Земли.

Расчеты распределения напряжений производились с помощью разработанного автором программного обеспечения, представляющего собой реализацию оригинального алгоритма, основанного на численном решении уравнения равновесия среды методом конечных объемов с использованием явной консервативной численной схемы в Лагранже-вых координатах. Созданный программный пакет позволяет выполнять вычисления, как в двухмерном, так и в трехмерном пространстве. Однако в силу ограниченной производительности современных стационарных компьютеров произвести полноценный трехмерный расчет напряженного состояния для всей литосферы Земли невозможно без привлечения технологий параллельных расчетов на многопроцессорных платформах. Поэтому представленные в данной работе результаты получены в результате двумерного моделирования. Поскольку в глобальном масштабе приближение моделируемой области в виде тонкой плоской поверхности не может быть принято допустимым, все вычисления производились на поверхности сферы.

Интегральные величины плотности и модуля Юнга, необходимые в качестве параметров среды в рамках чисто упругой задачи, а также прочность литосферы, задаваемая для каждой ячейки расчетной сетки в случае расчетов пластических, определялись исходя из предварительно рассчитанной трехмерной температурно-плотностной модели литосферы Земли. Термальное состояние вычислялось по методике, предполагающей совпадение подошвы литосферы с изотермой 1300°С. При этом распределение температур в континентальной литосфере полагалось стационарным, а в океанической - рассчитывалось в рамках модели остывающего полупространства. Введение в эти расчеты изостатпческой поправки позволило снизить степень влияния на итоговые результаты таких факторов как нестационарность теплового режима, неточность знаний о величине поверхностного теплового потока, коэффициента теплопроводности и параметров, определяющих теплогене-рацию пород.

Рассчитанная термальная мощность литосферы хорошо согласуется с представлениями об утоненной литосфере под срединно-океаническими хребтами (Срединно-Атлантический, Аравийско-Индийскй, Восточно-Тихоокеанский и пр.) и плюмами (Гавайские о-ва, Азорские о-ва, Исландия и пр.) в океанах и рифтовыми системами на континентах (Восточно-Африканская, Байкальская, Калифорнийская и пр.). Мощность литосферы под древними платформами (Восточно-Европейская, Восточно-Сибирская, СевероАмериканская и пр.) составляет 150-200 км, под более молодыми складчатыми поясами наблюдается ее уменьшение до 50-70 км (например, Верхояно-Чукотская, Сихотэ-Алиньская области). Особый интерес представляют полученные большие значения мощности литосферы для Западно-Сибирской плиты (150 км), Уральского горно-складчатого сооружения (220 км), впадин Черного, Средиземного и Каспийского морей и Мексиканского залива (200 км), а также задугового бассейна Японского моря (150 км).

Количественная оценка сил разности гравитационного потенциала (обобщенных топографических сил), выступающих в настоящей работе в качестве источников возникающего в литосфере поля напряжений, выполнялась путем расчета разности гравитационной потенциальной энергии (интегралов распределения по глубине литостатического давления) в соседних по латерали областях литосферы. Эти вычисления также производились на основании предложенной в настоящей работе модели распределения плотностей в литосфере.

В качестве критерия, определявшего соответствие полученных моделей действительности, была принята степень совпадения расчетных полей напряжений с данными международного исследовательского проекта «Мировая Карта Напряжений». Главным недостатком любой базы данных такого рода является неравномерность распределения представленных в ней замеров. Для решения этой проблемы была разработана методика обработки данных «Мировой Карты Напряжений», позволяющая получать на выходе карту корректно усредненных напряжений, равномерно распределенных по заданной сетке. Несомненными преимуществом регулярно расположенных данных, которые с некоторой долей условности можно считать «фактическими», является возможность их количественного сопоставления с результатами модельных построений.

Визуальное и количественное сопоставление расчетных полей напряжений с фактическими данными и с результатами их усреднения позволило выбрать наилучшую модель (среди предлагаемых в настоящей работе). Распределение напряжений этой модели характеризуется следующими особенностями:

1) хорошо проявленные напряжения растяжения вдоль всех срединно-океанических хребтов, перпендикулярные простиранию этих структур;

2) сжатие, перпендикулярное конвергентным границам литосферных плит, четко выраженное вдоль северной и западной субдукционных окраин Тихоокеанской литосфер-ной плиты и чуть хуже - в пределах Центрально-Американской и Андской зон субдукции;

3) преобладание сжимающих напряжений в областях древней (20-150 млн. лет) океанической литосферы (в том числе в пределах пассивных окраин континентов) вследствие противонаправленного действия сил сползания с хребта и сил гравитационного расплыва-ния континентов;

4) четко отражение океанических поднятий, связанные с внутриплатным магматизмом (Азорские острова, хребты Китовый, Рио-Гранде и Св. Марии в Атлантическом океане хребет Девяностого градуса хребет в Индийском океане, Гавайский и Императорские хребты в Тихом океане), в обстановке растяжения, развитой на этих структурах;

5) напряжения растяжения, перпендикулярные простиранию континентальных риф-товых систем - Восточно-Африканской-Красноморской, Байкальской, Момской, провинции Бассейнов и Хребтов, которые возникают вследствие действия сил сползания с термального свода;

6) обстановка растяжения в крупных континентальных орогенах - Центральных Андах, Тибете, Кавказе, Альпах - как результат преобладания сил гравитационного расплы-вания над силами сжатия;

7) доминирующая роль сжимающих напряжений в пределах Евразийского, Северо- и Южно-Американского континентов вследствие превышения сил суммарного сжатия со стороны прилегающих океанических областей на континенты над силами гравитационного расплывания материков;

8) региональное растяжение в пределах покрытых льдом Гренландии и Антарктиды.

Из приведенного описания видно, что расчетное поле напряжений в главном соответствует наблюдаемому и способно объяснить тектонические структуры первого порядка (континентальные и океанические рифтовые зоны, зоны субдукции, континентальные оро-гены, океанические внутриплитные поднятия и пр.). Поскольку при расчетах этой модели в качестве источников напряжений использовались только силы разности гравитационного потенциала, можно сделать заключение о том, что именно эти силы дают наиболее значительный вклад в существующее распределение литосфериых напряжений. Остальные силы, которые могут быть рассмотрены в качестве потенциальных источников напряжений, - силы затягивания в зонах субдукции; силы мантийных течений — носят характер добавочных и не способны значительным образом исказить поле напряжений, образованное в результате действия обобщенных топографических сил.

Ранее опубликованные глобальные модели поля напряжений (Bird, 1998; Bird, Liu, 1999; Lithgow-Bertelloni, Guynn, 2004) характеризуются тем, что в них отсутствуют или плохо проявлены растягивающие напряжения в пределах океанических и континентальных рифтовых систем, отсутствуют какие-либо признаки гравитационного растекания орогенов, имеется значимое растяжение на древних платформах и пр. Поэтому можно констатировать, что полученное в рамках настоящей работы распределение напряжений не только не уступает, но и в чем-то значительно превосходит по качеству предлагаемые в этих работах модели.

Региональное моделирование, характеризующееся большей детальностью по сравнению с глобальным, производилось для Европейского и Черноморско-Кавказско-Каспийского регионов.

Региональная модель поля напряжений Европы показала, что в пределах большей части континентальной области в целом преобладают близкие к сдвиговым растягивающие деформации, обстановка растяжения проявлена в горных поясах Пиренеев и Альп, Эгейском море и Апеннинском полуострове, а сжатия - в Тирренском, Адриатическом и Ионическом морях.

Согласно результатам моделирования поля напряжений в Черноморско-Кавказско-Каспийском регионе установлено, что Черное и Каспийское моря находятся в обстановке сжатия; региональное растяжение проявлено главным образом в пределах горных сооружений и в регионе Эгейского моря. Более точное совпадение результатов расчетов с фактическими данными, полученное для южной части Каспийского моря в модели, учитывающей влияние Аравийской плиты, по сравнению с моделью, рассчитанной без учета этого влияния, говорит о существенной роли сжимающего воздействия Аравии на Евразию в формировании регионального поля напряжений в литосфере последней. Однако, тот факт, что данное воздействие было зафиксировано в модели без привлечения каких-либо иных источников кроме сил разности гравитационного потенциала литосферы, порожденных плотностными литосферными неоднородностями, позволяет объяснить наблюдаемое вращательное движение Аравийской плиты в рамках теории его сползания с Красномор-ского термального свода без привлечения других механизмов. Распределение амплитуд литосферных складок, возникающих в рассматриваемом регионе как результат действия расчетных напряжений, демонстрирует наибольшие величины прогибания в пределах восточной части Черного моря и Южно-Каспийской впадины. Это хорошо согласуется с данными о быстром плиоцен-четвертичном погружении в этих районах и подтверждает модель, согласно которой это погружение связано с синкомпресионным изгибом литосферы.

Главным результатом настоящей работы является вывод об определяющей роли сил разности гравитационного потенциала в формировании современного поля напряжений. Этот вывод сделан на основании выполненного численного моделирования напряженного состояния, которое показало, что распределение напряжений, хорошо согласующееся с наблюдаемым и описывающие все главные структуры литосферы Земли, может быть получено при использовании в качестве источников напряжений только обобщенных топографических сил.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Коптев, Александр Игоревич, Москва

1. Артюшков Е.В. Геодинамика. М.: Наука. 1979. 327 с.

2. Артюшков Е.В. Механизмы образования Баренцевоморского прогиба // Геология и геофизика. 2005. т. 46. № 7. с, 698-711.

3. Артюшков Е.В. Образование сверхглубокой впадины в Южном Каспии вследствие фазовых переходов в континентальной коре // Геология и геофизика. 2007. т. 48. № 12. с. 1289-1306.

4. Артюшков Е.В. Физическая тектоника. М.: Наука. 1993. 456 с.

5. Артюшков Е.В., Егоркин A.B. Физический механизм образования сверхглубоких осадочных бассейнов. Прикаспийская впадина // Доклады Академии Наук. 2005. т. 400. № 4. с. 494-499.

6. Ершов A.B. Реология литосферы. В: Геоисторический и геодинамический анализ осадочных бассейнов. М.: МПР РФ. 1999. с. 267-299.

7. Ершов A.B. Моделирование эволюции осадочных бассейнов и деформации литосферы (на примере бассейнов Восточно-Европейской и Скифской платформ). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата г.-м. наук. М. 1997. 21 с.

8. Ершов A.B. Эффективная упругая толщина и эффективная средняя поверхность литосферы // Материалы Всероссийской научной конференции «Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX и XXI веков», т. 3. Геофизика. Москва. 2002. с. 196-197.

9. Кашубин С.Н. Особенности методики сейсмических исследований по геотраверсу "Гранит"// Геотраверс "Гранит". Методика и результаты исследований. Екатеринбург: УРГК и УТП ВНТГео. 1992. с. 22-32.

10. Коротаев М.В. Осадочные бассейны в обстановке сжатия моделирование фаз быстрого погружения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата г.-м. наук. М. 1998.

11. Коротаев М.В., Ершов A.B., Фокин П.А. Синкомпрессионная литосферная складчатость Восточно-Европейской платформы // Вестник Московского Университета, сер. 4. Геология. 2004. № 4. с. 3-10.

12. Костюченко C.JJ. Глубинные тектонические дислокации и их роль в формировании земной коры Севера Евразийского материка. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. М. 1997. 59 с.

13. Костюченко С.Л. Структура и тектоническая модель земной коры Мезенской синекли-зы по результатам комплексного геолого-геофизического изучения // Разведка и охрана недр. №5. 1995. с. 2-7.

14. Костюченко С.Л., Егоркин A.B., Солодилов JI.H. Тектоническая модель докембрия Московской синеклизы по результатам комплексных региональных исследований // Разведка и охрана недр. 1995. № 5. с. 8-12.

15. Костюченко С.Л., Солодилов Л.Н. К геологическому строению Московии: глубинная структура и тектоника // Бюл. МОИП. Отд. Геол. 1997. т. 72. вып. 5. с. 6-17.

16. Костюченко С.Л., Исмаил-заде А. Т. Природа интенсивных фаз седиментогенеза в Московской синеклизе по результатам глубинного изучения и количественного анализа разрезов скважин // Разведка и охрана недр. 1998. № 5. с. 36-40.

17. Кочин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. М.: Наука. 1965. 424 с.

18. Левин Б.В., Родкин М.В., Сасорова Е.В. О возможной природе сейсмической границы на глубине 70 км. //Доклады Академии Наук. 2007. т. 414. № 1. с. 101-104.

19. Левин Б.В., Родкин М.В., Сасорова Е.В. Особенности сейсмического режима литосферы проявления воздействия глубинного водного флюида // Физика Земли. 2010. № 5. с. 88-96.

20. Лобковский Л.И., Никишин A.M., Хаин В.Е. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. М.: Научный мир. 2004. 612 с.

21. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир. 1970. 443 с.

22. Милановский Е.Е. Геология России и ближнего зарубежья (Северной Евразии). М.: Московский Университет. 1996. 448 с.

23. Милановский Е.Е. Геология СССР. Часть 3. Средиземноморский и Тихоокеанский подвижные пояса. Заключение. М.: Московский Университет. 1991. 272 с.

24. Мухамедиев Ш.А. Неклассические краевые задачи механики сплошной среды для геодинамики // Доклады Академии Наук. 2000. т. 373. № 2. с. 242-246.

25. Мухамедиев Ш.А., Галыбип А.Н. Прямой подход к определению региональных полей напряжений (на примере Западно-Европейской, Северо-Американской и Австралийской платформ) // Физика Земли. 2001. № 8. с. 23-41.

26. Никишин A.M. Тектонические обстановки. Внутриплитные и окраинноплитные процессы. М.: Московский Университет. 2002. 366 с.

27. Павленкова Н.И. Строение верхней мантии Сибирских платформ по данным ядерных взрывов // Тезисы международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле". 2011. Москва. МГУ. с. 1392-1395.

28. Павленкова Н.И. -Структура верхней мантии Сибирской платформы по данным, полученным на сверхдлинных сейсмических профилях // Геология и геофизика. 2006. т. 47. № 5. с, 630-645.

29. Павленкова Н.И. Структура земной коры глубоких осадочных бассейнов по сейсмическим данным // Физика Земли. 1988. № 4. с.72-82.

30. Ребецкий Ю.Л. Методы реконструкции тектонических напряжений и сейсмотектонических деформаций на основе современной теории пластичности. // Доклады Академии Наук. 1999. т. 365. № 3. с. 392-395.

31. Ребецкий Ю.Л. Развитие метода катакластического анализа сколов для величин тектонических напряжений. // Доклады Академии Наук. 2003. т. 388. № 2. с. 237-241.

32. PeöeijKuii Ю.Л., Маритт A.B. Напряженное состояние земной коры западного фланга Зондской субдукционной зоны перед Суматра-Андаманским землетрясением 26.12.2004 г. // Доклады Академии Наук. 2006. т. 406. № 1. с. 106-110.

33. Ребецкий Ю.Л., Маринин A.B. Поле напряжений до Суматра-Андаманского землетрясения 26.12.2004. Модель метастабильного состояния горных пород, // Геология и геофизика. 2006. т. 47. № 11. с. 1192-1206.

34. Смирнов Я.Б. Тепловое поле территории СССР (пояснительная записка к картам теплового потока и глубинных температур в масштабе 1:10 000 000). М.: ГУГК. 1980. 150 с.

35. Теркот Д., Шуберт Дою. Геодинамика. Геологическое приложение физики сплошных сред. М: Мир. 1985. 727 с.

36. Уеда С. Новый взгляд на Землю. М.: Мир. 1980. 213 с.

37. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: Московский Университет. 2005. 560с.

38. Хачай Ю.В., Голованова КВ., Гордиенко В.В, Дучков А.Д., Кашубин С.Н., Кашубина Т. В., Кутас Р.И., Щапов В.А. Геотермический разрез литосферы вдоль геотраверса «Гранит» // Литосфера. 2002. № 3. с. 38-45.

39. Хачай Ю.В., Дружинин B.C. Возможности применения геотермии для восстановления динамики переходной зоны мантии Урала // Глубинное строение и развитие Урала. Екатеринбург: Наука. 1996. с. 298-306.

40. Хачай Ю.В., Дружинин B.C. Геотермический разрез литосферы Урала вдоль широтных профилей ГСЗ // Физика Земли. 1998. № 1. с. 67-70.

41. National Geophysical Data Center. ETOPO-5 bathymetry and topography data // Data An-nounc. 88-MGG-02. NOAA. Boulder. Colorado. 1988.

42. Anderson D.L., Sammis C.G. Partial melting in the upper mantle // Phys. Earth Planet. Inter. 1970. V. 3. P. 41-50.

43. Artemieva I.M. Dynamic topography of the East European craton: Shedding light upon litho-spheric structure: Composition and mantle dynamics // Glob. Planet. Change. 2007. doi: 10.1016/j.gloplacha.2007.02.013.

44. Artemieva I.M. Global l°xi° thermal model TCI for the continental lithosphere: Implications for lithosphere secular evolution // Tectonophysics. 2006. V. 416. P. 245-277.

45. Artemieva I.M. Lithospheric structure, composition, and thermal regime of the East European Craton: implications for the subsidence of the Russian platform // Earth Planet. Sci. Lett. 2003. V. 213. P. 413-446.

46. Artemieva I.M. The continental lithosphere: Reconciling thermal, seismic, and petrologic data// Lithos. 2009. V. 109. P. 23-46.

47. Artemieva I. M., Mooney W.D. Thermal thickness and evolution of Precambrian lithosphere: A global study//J. Geophys. Res. 2001. V. 106 (B8). P. 16,387-16,144.

48. Artemieva I.M., Thybo II. Deep Norden: Highlights of the lithospheric structure of Northern Europe, Iceland, and Greenland // Episodes. 2008. V. 31 (N1). P. 98-106.

49. Artyushkov E. V. Stresses in the lithosphere caused by crustal thickness inhomogeneities // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. P. 7675-7708.

50. Barrell J. The strength of the Earth's crust. // J. of Geology. 1914.V. 22. P. 425-433.

51. Barrell J. The strength of the Earth's crust. // J. of Geology. 1914. V. 22. P. 441-468.

52. Barrell J. The strength of the Earth's crust. // J. of Geology. 1914. V. 22. P. 655-683.

53. Bassin C„ Laske G., Masters G. The Current Limits of Resolution for Surface Wave Tomography in North America // EOS Trans AGU. 2000. 81. F. 897.

54. Bird P. An updated digital model of plates boundaries // Geochemistry, Geophysics, Geosys-tems. An electronic journal of the Earth sciences. 2003. Vol. 4 (N3). 1027. doi: 10.1029/2001GC000252. ISSN: 1525-2027.

55. Bird P. Testing hypotheses on plate-driving mechanisms with global lithosphere models including topography, thermal structure, and faults // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 10,11510,129.

56. Bird P., Liu Z. Global finite-element model makes a small contribution to intraplate seismic hazard // Bull. Seismol. Soc. Am. 1999. V. 89. P. 1642-1647.

57. Brunei M.-F., Korotaev M. V., Ershov A. V., Nikishin A.M. The South Caspian Basin: a review of its evolution from subsidence modelling // Sedimentary Geology. 2003. V. 156. P. 119-148.

58. Burbidge D.R. Thin plate neotectonic models of the Australian plate // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. 10405. doi: 10.1029/2004JB003156.

59. Burov E.B., Diament M. The effective elastic thickness (Te) of continental lithosphere: What does it really mean? // J. Geophys. Res. 1995. V. 100 (B3). P. 3905-3927.

60. Burov E.B., Lobkovsky L.I., Cloetingh S., Continental lithosphere folding in Central Asia (part II): Constraints from gravity and topography // Tectonophysics. 1993. V. 226. P. 73-87.

61. Cermak V., Rybach L. Thermal conductivity and specific heat of minerals and rocks // In An-genheister G. (Ed.). Landolt-Bornstein Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology. Springer-Verlag. New York. 1982. P. 213-256.

62. Clauser C., Huenges E. Thermal Conductivity of Rock and Mineral I I In: Ahrens T.J. (Ed.). AGU Reference Shelf. V. 3. Rock Physics & Phase Relations: A Handbook of Physical Constants. Washington. DC. American Geophysical Union. 1995. P. 105-126.

63. Coblentz D.D., Richardson R.M. Analysis of the South American intraplate stress field // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 8643-8657.

64. Coblentz D.D., Richardson R.M., Sandiford M. On the gravitational potential of the Earth's lithosphere//Tectonics. 1994. V. 13. P. 929-945.

65. Coblentz D„ Richardson R.M. Statistical trends in the intraplate stress field // J. Geophys. Res. 1995. V. 100 (B10). P. 20245-20255.

66. Coblentz D„ Sandiford M. Tectonic stresses in African plate: Constraints on the ambient lithospheric stress state// Geology. 1994. V. 22. P. 831-834.

67. Coblentz D.D., Sandiford M., Richardson R.M., Zho S., Hillis R. The origins of the intraplate stress field in continental Australia// Earth Planet. Sci. Lett. 1995. V. 133. P. 299-309.

68. Coblentz D.D., Zhou S., Hillis R.R., Richardson R.M., Sandiford M. Topography, boundary forces, and the Indo-Australian intraplate stress field // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 919931.

69. Dahlen F.A. Isostasy and the ambient state of stress in the oceanic lithosphere // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 7801-7807.

70. England P. C. Diffuse deformation: Length scales, rates and metamorphic evolution // Phylos. Trans. R. Soc. London A. 1987. V. 321. P. 3-22.

71. England P.C., McKenzie D. A thin viscous sheet model of continental deformation // Geophys. J. R. Astron. Soc. 1982. V. 70. P. 295-321.

72. Ershov A. V. Effective middle surface of lithosphere // Earth Planet. Sci. Lett. 1999. V. 173. P. 129-141.

73. Ershov A. V., Brunet M.-F., Nikishin A.M., Bolotov S.N., Nazarevich B P., Korotaev M. V Northern Caucasus basin: thermal history and synthesis of subsidence models // Sedimentary Geology. 2003. V. 153. P. 95-118.

74. Ershov A. V., Stephenson R.A. Implications of a visco-elastic model of the lithosphere for calculating yield strength envelopes // J. of Geodynamics. 2006. V. 42. P. 12-27.

75. Fleitout L., Froidevaux C. Tectonics and topography for a lithosphere containing density heterogeneities//Tectonics. 1982. V. 1. P. 21-56.

76. Fleitout L., Froidevaux C. Tectonic stresses in the lithosphere // Tectonics. 1983. V. 2. P. 315-324.

77. Flesch L.M., Holt W.E., Haines A.J., Shen-Tu B. Dynamics of the Pacific-North American plate boundary in the western United States // Science. 2000. Y. 287. P. 834-836.

78. Forsyth D., Uyeda S. On the relative importance of the driving forces of plate motion // Geophys. J.R. Astron. Soc. 1975. V. 43. P. 163-200.

79. Frank F. C. Plate tectonics, the analogy with glacier flow, and isostasy, in Flow and Fracture of Rocks // Geophys. Monogr. Ser. 1972. V. 16. P. 285-292.

80. Galybin A.N., Mukhamediev Sh.A. Plane elastic boundary value problem posed on orientation of principal stresses // J. Mech. Phys. Solids. 1999. V. 47. P. 2381-2409.

81. Golke M., Coblenlz D. Origins of the European regional stress field // Tectonophysics. 1996. V. 266. P. 11-24.

82. Grand S.P. Mantle shear-wave tomography and the fate of subducted slabs // Philosophical 'Transactions of the Royal Society of London. 2002. Series A. V. 360. P. 2475-2491.

83. Harper J.R. On the driving forces of plate tectonics // Geophys. J: R. Astron Soc. 1975. V. 40. P. 465-474.

84. Heidbach O., Barth A., Connolly P., Fuchs K., Müller B., Reinecker J., Sperner 11, Tingay B., Wenzel F. Stress maps in a minute: The 2004 World Stress Map Release // Eos Trans. 2004. V. 85 (49). P. 521-529.

85. Heidbach O., Fuchs K., Muller B., Reinecker J., Sperner B„ Tingay M., Wenzel F. (eds) The World Stress Map Release 2005. Commission for the Geological Map of the World. 2007. Paris.

86. Heidbach O., Tingay M., Barth A., Reinecker J., Kurfeß D., Müller B. Global crustal stress pattern based on the World Stress Map data base release 2008 // Tectonophysics. 2010. V. 482. P. 3-15.

87. Heidbach O., Tingay M., Barth A„ Reinecker J., Kurfeß D., Müller B. (eds.) The World Stress Map Release 2008. Commission for the Geological Map of the World. 2008. Paris.

88. Houseman G., McKenzie D., Molnar P. Convective instability of a thickened boundary layer and its relevance for the thermal evolution of continental convergence zones // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 6115-6132.

89. Jaupart C., Mareschal J.-C. Thermal structure and thickness of continental roots // Lithos. 1999. V. 48. P. 93-114.

90. Jimenes-Munt I., Bird P., Fernandes M. Thin-shell modeling of neotectonics in the Azores-Gibraltar region // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28 (N6). P. 1083-1086.

91. Jimenez-Munt I., Sabadini R., Gardi A., Bianco G. Active deformation in the Mediterranean from Gibraltar to Anatolia inferred from numerical modeling and geodetic and seismological data // J. Geophys. Res. 2003. V. 108 (Bl). doi: 10.1029/2001JB001544.

92. Korotaev M., Ershov A., NikishinA., Brunei M.-F. Sedimentary basin sincompressional environment-modelling of the rapid subsidence // EAGE Meeting. June 1999. Helsinki, Finland.

93. Lieth H. Modelling the primary productivity of the earth. Nature and resources // UNESCO. 1972. VIII. 2:5-10.

94. Lister C.P. Gravitational drive on oceanic plates caused by thermal contraction // Nature. 1975. V. 257. P. 663-665.

95. Lithgow-Bertelloni C., Guynn J. Origin of the lithospheric stress field // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. 01408. doi: 10.1029/2003JB002467.

96. Liu Z., Bird P. Computer simulation of Neotectonics in Latitudes 22°-70°, western North America (abstract) // Eos Trans. AGU, Fall Meet. Suppl. 1998. V. 79. F. 566.

97. Liu Z., Bird P. Finite element modeling of neotectonics in New Zealand // J. Geophys. Res. 2002. V. 107 (B12). 2328. doi: 10.1029/2001JB001075.

98. Marotta A.M., Bayer U., Thybo II, Scheck M. Origin of the regional stress in North German Bassin: results from numerical modeling // Tectonophysics. 2002. V. 360. P. 245-264.

99. Maniovani E., Viti M., Albarello D., Tamburelli C., Babbucci D., Cenni N. Role of kine-matically induced horizontal forces in Mediterranean tectonics: insights from numerical modeling // J. of Geodynamics. 2000. V. 30. P. 287-320.

100. Meijer P.T., Govers R., Wortel M.J.R. Forces controlling the present-day state of stress of the Andes // Earth Planet. Sci. Lett. 1997. V. 148. P. 157-170.

101. Minster J.B., Jordan T.II. Present-day plate motions // J. Geophys. Res. 1978. V. 83. P. 5331-5354.

102. Molnar P., Lyon-Caen H. Some simple physical aspect of the support, structure, and evolution of mountain belts // Spec. Pap. Geol. Soc. Am. 1988. V. 218. P. 179-207.

103. Molnar P, Tapponier P. Active tectonics of Tibet // J. Geophys. Res. 1978. V. 83. P. 53615375.

104. MooneyA., Laske G., Masters G. Crust 5.1: a global crustal model at 5x5 degrees // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 727-747.

105. Mukhamediev Sh. Global stresses in the Western Europe lithosphere and the collision forces in the Africa-Eurasia convergence zone // Russian Journal of Earth Science. 2002. V. 4 (N1). P. 1-17.

106. Mukhamediev Sh.A., Galybin A.N., Brady B.H.G. Determination of the stress fields in the elastic lithosphere by methods based on the stress orientations // Int. J. of Rock Mechanics and Minning Sciences. 2006. Y. 43. P. 66-88.

107. Müller B., Zoback M.L., Fuchs K„ Mastín L., Gregersen S., Pavoni N. Stephansson O., Ljimggren C. Regional patterns of tectonic stress in Europe // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P, 11783-11803.

108. Midler R.D., Roest W.R., Royer J.-Y., Gahagan L.M., Sclater J.G. Digital isochrons of the ocean age // J. Geophys. Res. 1997. V. 102 (B2). P. 3211-3214.

109. Cloetingh S., Lobkovsky L.I., Burov E.B., Lankreijer A.C. Continental lithosphere folding in Central Asia (part I): Constraints from geological observations // Tectonophysics. 1993. V. 226. P. 59-72.

110. Nikishin A.M., Korotaev M.V., Ershov A.V., Brunei M.-F. The Black Sea basin: tectonic history and Neogene-Quaternary rapid subsidence modelling // Sedimentary Geology. 2003. V. 156. P. 149-168.

111. Olaiz A.J., Muñoz-Martín A.,DeVicente G., Vegas R„ Cloetingh S. European continuous active tectonic strain-stress map // Tectonophysics. 2009. V. 474. P. 33-40.

112. Pacanovsky K., Davis D., Richardson R., Coblentz D. Interplate stresses and plate-driving forces in the Philippine Sea Plate // J. Geophys. Res. V. 104 (B1).*P. 1095-1110.

113. Parsons B., Ritcher M. A relation between driving force and geoid anomaly associated with mid-ocean ridge // Earth Planet. Sci. Lett. 1980. V. 51. P. 445-450.

114. Pfiffner O.A., Ellis S., Beaumont C. Collision tectonics in the Swiss Alps: Insight from geo-dynamic modeling // Tectonics. 2000. V.19 (N6). P. 1065-1094.

115. Flow in the Earth and Planets // In: Stone D.B., Runcorn S.K. (Ed.). Flow and Creep in the Solar system: Observations, Modeling and Theory. Kluwerr. Holland. 1993. P. 175-195.

116. Ranalli G. Rheology of the Earth, second edition. Chapman & Hall. 1995. 407 p.

117. Reynolds S.D., Coblentz D.D., Hillis R.R. Tectonic forces controlling the regional intraplate stress field in continental Australia: Results from new finite element modeling // J. Geophys. Res. 2002. V. 107 (B7). 2131. doi: 10.1029/2001JB000408.

118. Richardson R., Reding L. North American Plate Dynamics // J. Geophys. Res. 1991. V. 96 (B7). P. 12,201-12,223.

119. Richardson R.M., Solomon S.C., Sleep N.H. Intraplate stress as an indicator of plate tectonic driving forces // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P. 1847-1856.

120. Richardson R.M., Solomon S.C., Sleep N.H. Tectonic stress in the plates // Rev. Geophys. 1979. V. 17. P. 981-1019.

121. Robinson A.G., Rudat J.H., Banks C.J., Wiles R.L.F. Petroleum geology of the Black Sea // Marine and Petroleum Geology. 1996. V. 13. P. 195-223.

122. Rybach L., Buntebarth G. Relationships between the petrophysical proper-ties:density,seismic velocity,heat generation and mineralogical constitution // Earth Planet Sci. Lett. 1982. Vol.57. P. 367-376.

123. Sandiford M., Coblentz D„ Richardson R. Ridge torques and continental collision in the Indian-Australian plate//Geology. 1995. V. 23 (N7). P. 653-656.

124. Sato II, Sacks I.S., Murase T. The use of laboratory velocity data for estimating temperature and partial melt fraction in the low-velocity zone: Comparison with heat flow and electrical studies // J. Geophys. Res. 1989. V. 94. P. 5689-5704.

125. Scharmeli G. Identification of radio active thermal conductivity in olivine up to 25 kbar and 1500 K // In Timmerhauf K.D. and Barber M.S. (Ed.). Proceedings of the 6th Air apt Conference. Plenum. New York. 1979. P. 60-74.

126. SchatzJ.F., Simmons G. Thermal conductivity of Earth minerals at high temperatures // J. Geophys. Res. 1972. V. 77. P. 6966-6983.

127. Seipold U. Depth dependence of thermal transport properties for typical crustal rocks // Phys. Earth Planet. Inter. 1992. V. 69. P. 299-303.

128. Shapiro N.M., Ritzwoller M.LI. Monte-Carlo inversion for a global shear velocity model of the crust and upper mantle // Geophysical Journal International. 2002. V.151. P. 1—18.

129. Solomon S.C., Sleep N.H., Richardson R.M. On the forces driving plate tectonics: Inferences from absolute plate velocities and intraplate stress // Geophys. J. R. Astron. Soc. 1975. V. 42. P. 769-801.

130. Steckler M.S., Watts A.B. Subsidence of the Atlantic-type continental margin offNewYork // Earth Planet. Sci. Lett. 1978 V. 41. P. 1-13.

131. Stein C.A. Heat flow of the Earth. // In: Ahrens T.J. (Ed.). AGU Reference Shelf. V. 1. Global Earth Physics: A Handbook of Physical Constants. Washington, DC. American Geophysical Union. 1995. P. 144-158.

132. Stephenson R., Lambeck K. Isostatic Response of the Lithosphere With In-Plane Stress: Application to Central Australia//J. Geophys. Res. 1985. V. 90 (B10). P. 8581-8588. \

133. Stephenson R.A., Ricketts B.D., Cloetingh S.A., Beekman F. Lithosphere folds in the Eurekan orogen, Arctic Canada // Geology.1990. V. 18 (N7). P. 603-606.

134. Tesauro M., Kaban M. K, Cloetingh S.A.P.L. EuCRUST-07: A new reference model for the European crust// Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. L05313. doi:10.1029/2007GL32244.

135. Zhou S., SandifordM. On stability of isostatically compensated mountain belt // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 14,207-14,221.

136. Zoback M.L. First and second order patterns of stress in the lithosphere: The World Stress Map Project // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 11703-11728.

137. Zoback M.L., Zoback M.D. Tectonic stress field of the conterminous United States // In: Pakiser L.C., Mooney W.D. (Ed.). Geophysical Framework of the Continental United States. Geol. Soc. Am. Mem. 172. Boulder, Colorado. 1989. P. 523-539.

138. Zuber M.T. Compression of Oceanic Lithosphere: An Analysis of Intraplate Deformation in the Central Indian Basin // J. Geophys. Res. 1987. V. 92 (B6). P. 4817-4825.

139. Zuber M.T., Bechtel T.D., Forsyth D.W. Effective Elastic Thickness of the Lithosphere and Mechanisms of Isostatic Compensation in Australia // J. Geophys. Res. 1989. V. 94 (B7). P. 9353-9367.

Информация о работе

Коптев, Александр Игоревич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.03

Диссертация

Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы