Preview

Литосфера

Расширенный поиск

Реологическая модель строения земной коры (модель третьего поколения)

https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-4-500-519

Полный текст:

Аннотация

Вступление. Приводится обоснование реологической модели земной коры с барьерной зоной между верхней и средней ее частью, непроницаемой для флюидов, что коренным образом меняет современные представления о строении верхней части литосферы. Дается критический обобщающий обзор исследований реологии земной коры и предлагавшихся ранее разными авторами моделей строения континентальной земной коры и геологической природы геофизической границы К1. Методы. Исследуется обводненность средней коры и нижележащих зон. Данные электромагнитных глубинных зондирований указывают на то, что в средней и нижней коре и, видимо, в верхней мантии содержание свободной воды составляет по объему около 1%. Следовательно, существует какая-то преграда, не позволяющая всей воде быть выжатой вверх, в область верхней коры, где открытое трещинно-поровое пространство заполнено водой под гидростатическим давлением. Итак, в земной коре материков существует ясно выраженная гидродинамическая зональность. Эта всеобщая зональность земной коры материков теперь подтверждена геофизикой и сверхглубоким бурением, что недостаточно осознано еще большей частью геологов и геофизиков. Обсуждение. В верхней коре, по мере углубления, породы постепенно становятся прочнее и прочнее, так как эффективное давление растет и сжимает их все сильнее. Геофизические исследования отмечают это ростом скорости распространения сейсмических волн и уменьшением электропроводности. Ниже горизонта закрытия пор и трещин (ниже барьера) картина резко меняется. Эффективное давление падает, и породы полностью теряют упрочнение, становясь даже менее прочными, чем на дневной поверхности. Следовательно, ниже самых прочных низов верхней коры под плотной непроницаемой зоной располагается этаж чрезвычайно ослабленных водосодержащих пород. Земная кора оказывается резко расслоенной на этажи (зоны) не только по обводненности, но еще более контрастно - по реологическим (прочностным) свойствам. При любых, даже незначительных, механических движениях и деформациях на границе прочного и слабого этажей, неизбежно возникает срыв и подвижки. Выводы. Рассматривается значение предложенной модели строения земной коры для тектоники, петрологии, рудообразования, гидрогеологии, нефтяной геологии, сейсмичности, а также для захоронений радиоактивных и других отходов.

Об авторах

Святослав Нестерович Иванов
Институт геологии и геохимии УрО РАН
Россия


Кирилл Святославич Иванов
Институт геологии и геохимии УрО РАН
Россия


Список литературы

1. Аки К. (1985) Механизмы орогении. Орогенез. М.: Мир, 209-253.

2. Артемьев М.Е., Артюшков Е.В. (1968) О происхождении рифтовых впадин. Изв. АН СССР, сер. геол., (4), 58-73.

3. Артюшков Е.В. (1979) Геодинамика. М.: Наука, 327 с.

4. Булин Н.К. (1974) Об одной сейсмической границе в консолидированной земной коре Евразии. Изв. АН СССР, сер. геол., (8), 5-25.

5. Булин Н.К. (1983.) Сейсмические модели литосферы. Глубинное строение литосферы. Л.: Недра, 75-90.

6. Ваньян Л.Л., Хийндман Р.Д. (1996) О природе электропроводности консолидированной коры. Физика Земли, (4), 5-11.

7. Взаимодействие флюид-порода при метаморфизме. (1989) М.: Мир, 249 с.

8. Добрецов Н.Л. (1981) Глобальные петрологические процессы. М.: Недра, 236 с.

9. Добрецов Н.Л., Ревердатто В.В., Соболев В.С., Соболев Н.В., Хлестов В.В. (1970) Фации метаморфизма. М.: Недра, 432 с.

10. Ежов Ю.Ф., Лысенин Г.П. (1986) Вертикальная гидродинамическая зональность земной коры. Сов. геология, (8), 111-120.

11. Иванов К.С. (2011) Генезис хром-платинового оруденения Уральского (Нижнетагильского) типа. Докл. АН, 441(2), 224-226.

12. Иванов С.Н. (1966) Особенности гидротермального рудообразования под сушей и морем. Докл. АН, 169(1), 177-180.

13. Иванов С.Н. (1969) Особенности образования рудных месторождений, связанных с гидротермами. Труды II Уральского петрографич. совещ., 1, 60-86.

14. Иванов С.Н. (1970а) О причинах образования гидротермальных рудных месторождений. Закономерности размещения полезных ископаемых. М.: Наука, IX, 20-47.

15. Иванов С.Н. (1970б) Предельная глубина открытых трещин и гидродинамическая зональность земной коры. Ежегодник-1969. Свердловск: Тр. ИГГ УФАН СССР, 212-233.

16. Иванов С.Н. (1978) Метаморфизм разрыва плит. Докл. АН СССР, 238(4), 908-912.

17. Иванов С.Н. (1990а) Зоны пластических и хрупких деформаций в вертикальном разрезе литосферы. Геотектоника, (2), 3-14.

18. Иванов С.Н. (1990б) Отделитель (о природе и значении геофизической границы К1). Докл. АН СССР, 311(2), 428-431.

19. Иванов С.Н. (1994) Вероятная природа главных сейсмических границ в земной коре континентов. Геотектоника, (3), 3-11.

20. Иванов С.Н. (1998) О реологических моделях земной коры: критическое рассмотрение. Екатеринбург: УрО РАН, 1998, 40 с.

21. Иванов С.Н. (2001) Тектонические условия проявления верхней сейсмической границы К1 и ее значение. Ежегодник-2000. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 222-224.

22. Иванов С.Н., Иванов К.С. (1996а) Закон эффективного давления Терцаги в свете данных сверхглубокого бурения. Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов. Тезисы. М., 57-58.

23. Иванов С.Н., Иванов К.С. (1996б) Режимы и структуры растяжения Провинции бассейнов и хребтов в Кордильерах Северной Америки. Екатеринбург: УрО РАН, 150 с.

24. Иванов С.Н., Ксенофонтова Л.Н., Анфилогов В.Н. (1973) Эффект Джоуля-Томсона в водных растворах хлористого натрия как фактор рудоотложения. Докл. АН СССР, 211(3), 694-696.

25. Иванов С.Н., Русин А.И. (1977) Континентальный рифтовый метаморфизм. Геотектоника, (1), 6-19.

26. Исай В.М. (1983) К вопросу об условиях разломообразования в консолидированной земной коре. Геофиз. журн., 5(3), 88-94.

27. Казанский В.И., Боронихин В.А., Ванюшин В.А., Глаголев А.А., Кузнецов А.В., Кузнецов Ю.И., Ланев В.С., Лобанов К.В., Прохоров К.В., Смирнов Ю.П., Старостин В.Н. (1985) Соотношения между деформациями, метаморфизмом и петрофизическими свойствами пород в Печенгском рудном районе. Внутреннее строение рудоносных докембрийских разломов. М.: Наука, 4-47.

28. Карус Е.В., Саркисов Ю.М. (1986) Об антистратиформном характере разреза кристаллического основания континентальной земной коры. Докл. АН СССР, 289(1), 176-179.

29. Когарко Л.Н. (1989) Геохимическая дифференциация мантии и щелочной магматизм. Кристаллическая кора в пространстве и времени; магматизм. Докл. сов. геологов 28-й МГК. М.: Наука, 5-91.

30. Коржинский Д.С. (1962) Поведение воды при магматических и постмагматических процессах. Геология руд. месторожд., (5), 3-12.

31. Кузнецов Ю.А., Изох Э.П. Геологические свидетельства интрателлурических потоков тепла и вещества как агентов метаморфизма и магматизма. Проблемы петрологии и генетической минералогии. М.: Наука, 1, 7-12.

32. Лепезин Г.Г., Ревердатто В.В., Хлестов В.В. (1986) Динамические аспекты метаморфической петрологии. Геология и геофизика, (7), 59-65.

33. Летников Ф.А., Феоктистов Г.Д., Остафийчук И.М. и др. (1980) Флюидный режим мантийных пород. Новосибирск: Наука, 143 с.

34. Лукьянов А.В. (1980) Пластические деформации и тектоническое течение горных пород литосферы. Тектоническая расслоенность литосферы. М.: Наука, 105-147.

35. Маракушев А.А. (1965) Проблемы минеральных фаций метаморфических и метасоматических горных пород. М.: Наука, 327 с.

36. Минц М.В., Колпаков Н.И., Ланев В.С., Русанов М.С. (1987) О природе субгоризонтальных сейсмических границ в верхней части земной коры (по данным Кольской сверхглубокой скважины). Геотектоника, (5), 62-72.

37. Николаевский В.Н. (1979) Граница Мохоровичича как предельная глубина хрупко-дилатансионного состояния горных пород. Докл. АН СССР, 249(4), 817-820.

38. Николаевский В.Н. (1982) Обзор: земная кора, дилатансия и землетрясения. М.: Мир, 133-215.

39. Николаевский В.Н. (1996) Катакластическое разрушение пород земной коры и аномалии геофизических полей. Физика Земли, (4), 41-51.

40. Николаевский В.Н., Шаров В.И. (1985) Разломы и реологическая расслоенность земной коры. Физика Земли, (1), 16-28.

41. Павленкова Н.И. (1985) Структура и динамика земной коры и верхней мантии континентов. Проблемы движений и структурообразования в коре и верхней мантии. М.: Наука, 58-82.

42. Павленкова Н.И. (1988) Глубинное строение территории СССР. Актуальные проблемы тектоники СССР. М.: Наука, 36-45.

43. Резанов И.А. (1985) Эволюция земной коры. М.: Наука,111 с.

44. Рябчиков И.Д. (1985) Водные растворы в верхней мантии и проблемы дегазации Земли. Подземные воды и эволюция литосферы, 1. М.: Наука, 176-186.

45. Рябчиков И.Д., Ганеев И.И. (1989) Поведение калия и рубидия в условиях верхней мантии и роль флюидов в геохимической дифференциации подкорового вещества. Земная кора в пространстве и времени. Магматизм. Докл. cов. геологов 28-й МГК. М.: Наука, 78-85.

46. Саркисов Ю.М., Кудымов В.М., Овчаренко А.В., Берзин Р.Г., Сулейманов А.К. (1992) Новые данные о составе, структуре и геодинамике континентальной коры. Сов. геология, (3), 88-96.

47. Шаров В.И. (1984) Разломы и природа сейсмических границ в разрезе континентальной коры. Сов. геология, (1), 112-119.

48. Allmendinger R.W., Nelson K.D., Potter C.J. (1987) Deep seismic reflection characteristics of the сontinental crust. Geology, 15(4), 304-310.

49. Brace W.F., Kohlstedt D.L. (1980) Limits on lithosphere stress imposed by laboratory experiments. J. Geophys. Res., 85(B11), 6248-6252.

50. Byerlee J. (1978) Friction in rocks. Pure Appl. Geophys., 116, 615-626.

51. Сhapman D.S., Kirby S.H., Kronenberg A.K. et al. (1987) Tectonophysics. Rev. Geophys., 25(6), 1215-1258.

52. Сhen W.P., Molnar P. (1983) Focal depths of intracontinental and intraplate Earthquakes and their implications for the thermal and mechanical properties of the lithosphere. J. Geophys. Res., 88(B5), 4183-4214.

53. Etheridge M.A., Wall V.I., Cox S.F. (1984) High fluid pressures during regional metamorphism and deformation: Implication for mass transport and deformation mechanisms. J. Geophys. Res., 89(B6), 4344-4358.

54. Etheridge M.A., Wall V.I., Vernon R.H. (1983) The role of the fluid phase during regional metamorphism and deformation. J. Metamorphic Geol., 1(3), 205-226.

55. Ferry J.M. (1987) Metamorphic hydrology at 13 km depth and 400-550°C. Amer. Miner., 72(1-2), 39-58.

56. Fournier R.O. (1990) Scientific drilling to investigate the physical and chemical nature of fluidsin the Earth’s crust at 400-500°C. Super-Deep Continental Drilling and DeepGeophysical Sounding. N. Y.: Springer-Verlag, 342-352.

57. Fournier R.O. (1991) The transition from hydrostatic to grater than hydrostatic fluid pressure in presently active continental hydrothermal system in crystalline rock. Geophys. Res. Lett., 18(5), 955-958.

58. Fournier R. (1999) Hydrothermal processes related to movement of fluid from plastic into brittle rock in the magmatic-epithermal environment. Econ. Geol., 94(8), 1193-1211.

59. Ganchin Y.V., Smithson S.B., Morozov J.B. et al. (1998) Siesmic studies around the Kola Superdeep Borehole, Russia. Tectonophys., 288, 1-16.

60. Gans Ph.B., Miller E.L. (1983) Style of Mid-Tertiary extension in east-central Nevada. Geological Society of American Rocky Mountain and Cordilleran Sections Meeting: Utah Geol. Min. Surv. Spec. Stud., 59, 107-160.

61. Ivanov S.N., Ivanov K.S. (1993) Hydrodynamic zoning of the Earth’s crust and its significance. Geodynamics, 17(4), 155-180.

62. Jorden P. (1988) The rheology of polymineralic rocks - an approach. Geol. Rundschau, 77(1), 285-294.

63. Karato S. (1986) Does partial melting reduce the creep strength of the upper mantle? Nature, 319(6051), 309-310.

64. Kirby S.N. (1980) Tectonic stresses in the Lithosphere: constraints provided by the experimental deformation of rocks. J. Geophys. Res., 85(B11), 6353-6363.

65. Kirby S.N. (1985) Rock mechanics observations pertinent to the rheology of the continental lithosphere and the localization of strain along shear zones. Tectonophys., 119(1-4), 1-27.

66. Kirby S.N., Kronenberg A.K. (1987) Rheology of the lithosphere: selected topics. Rev. Geophys., 25(6), 1219-1244.

67. Meissner R., Kusznir N.J. (1987) Crustal viscosity of the lower crust. Ann. Geophys. Ser. B., 5(4), 365-374.

68. Mueller S. (1977) A new model of the continental crust. Geopphysical Monograph 20. The Earth’s Crust by the Amer. Geoph. Union, Washington DC, 289-317.

69. Nesbitt B.E., Muehlenbachs K. (1995) Geochemical studies of the origins and effects of synorogenic crustal fluids in the southern Omineca Belt of British Columbia, Canada. Geol. Soc. Amer. Bull., 107(9), 1033-1050.

70. Ord A., Hobbs B.E. (1989) The strength of the continental crust, detachment zone and the development of the plastic instabilities. Tectonophys., 158(1-4), 269-289.

71. Ranalli G., Murphy D.C. (1987) Rheological stratification of the lithosphere. Tectonophys., 132(4), 281-295.

72. Ruina A.L. (1983) Slip instability and state variable friction laws. J. Geophys. Res., 88, 10359-10370.

73. Schimamoto T. (1989) Реология горных пород и тектоника плит от недеформируемых плит к деформируемым. Science Kagaky, (9), 170-189. Японский язык.

74. Scholz C.H. (1988) The brittle-plastic transition and the depth of seismic faulting. Geol. Rundschau, B77(1), 319-328.

75. Scholz C.H. (1989) Mechanics of faulting. Ann. Rev. Earth Planet Sci., 17, 309-334.

76. Sibson R.H. (1982) Fault zone models, heat flow and the deph distribution of earthquakes in the continental crust of the United States. Bull. Seismol. Soc. Amer., 72(1), 151-163.

77. Sibson R.H. (1983) Continental fault structure and the shallow earthquake source. J. Geol. Soc., Lond., 140, 741-767.

78. Tulis I., Yund R. (1977) Experimental deformation of dry Westeraly granite. J. Geophys. Res., 82(B6), 5705-5718.

79. Walder J., Nur A. (1984) Porosity reduction and crustal pore pressure development. J. Geophys. Res., 89(B13), 11539-11548.

80. Wickham S.M., Oxburg E.R. (1987) Low-pressure regional metamorphism in the Pyrinees and its implications for the thermal evolution of rifted continental crust. Phil. Trans. Roy. Soc., Lond., A321(1557), 219-242.

81. Zuber M.T., Parmentier E., Fletcher R. (1986) Extension of continental lithosphere: a model for two scales of Basin and Range deformation. J. Geophys. Res., 91(B5), 4826-4838.


Для цитирования:


Иванов С.Н., Иванов К.С. Реологическая модель строения земной коры (модель третьего поколения). Литосфера. 2018;(4):500-519. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-4-500-519

For citation:


Ivanov S.N., Ivanov K.S. Rheological model of Earth’s crust (model of third generation). LITHOSPHERE (Russia). 2018;(4):500-519. (In Russ.) https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-4-500-519

Просмотров: 77


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1681-9004 (Print)
ISSN 2500-302X (Online)