Оценки продолжительности и амплитуд тепловых и тектонических активизаций бассейнов из анализа тектонических кривых

Как следует из данных таблиц 2-1 и 3-1 главы 1, растяжение литосферы бассейна (или выражаясь точнее сокращение мощности коры) нельзя считать мгновенным процессом ни на стадии континентального рифтогенеза (табл. 2-3 и 2-4; глава 2; Takeshita and Yamaji 1990), ни в периоды следующих тектонических реактивизаций бассейна (рис. 3-1В, 3-6В). Система ГАЛО допускает анализ термического режима системы "осадочная толща-фундамент" с учётом одновременного протекания процессов осадконакопления (эрозии или перерыва) и уменьшения мощности коры в результате растяжения литосферы или эрозии коры снизу (глава 2). Геологические аспекты процессов растяжения и тепловой активизации литосферы бассейнов обсуждались в главе 2, здесь мы остановимся на алгоритмическом описании процессов в программных пакетах и рассмотрим отдельные примеры их моделирования. В системе ГАЛО растяжение литосферы моделируется в виде последовательности эпизодов растяжений с малыми амплитудами Db_i,

Рис. 3-6. Численная реконструкция эволюции истории погружения и термического режима осадочной толщи (А) и подстилающей литосферы (С) бассейна Иллизи в районе скв. TGE-1, Восточный Алжир (Makhous and Galushkin, 2003).

Рис. В: (1) - тектоническое погружение поверхности фундамента при снятой нагрузке воды и осадков; (2) – то же за счёт вариаций распределения плотностей в фундаменте (см. текст). Вычисленная геотерма и измеренные значения температур в современном разрезе бассейна предполагают высокий термический режим литосферы бассейна.

отвечающиx каждый своему интервалу времени Dt_i, так что полная амплитуда растяжения за

время Dt = Dt₁ + Dt₂ + ××× +Dt_n достигала b= Db₁ ×Db₂ ×××Db_n, где n - полное число элементарных этапов растяжения литосферы. Расчёт термического режима проводится в предположении мгновенного адиабатического растяжения области в Db_i раз и последующей термической релаксации в течении интервала времени Dt_i. В большинстве вариантов развития континентальных бассейнов и их моделирования продолжительность эпизодов растяжения литосферы варьирует от 40 до 100 млн.лет, а скорости растяжения редко превышают 0.1 мм/год (см., например, этапы РАС1 и РАС2 на рис. 3-1е и этапы EXT-1 - EXT-3 на рис.3-6В. В таких условиях процесс растяжения в большей степени сказывался на глубине границы Мохоровичича, чем на глубинах изотерм растягиваемой литосферы (рис.3-6). Алгоритмы моделирования позволяют рассматривать сокращение слоя “нормальной” коры не только как результат растяжения литосферы, но и как результат действия фазовых переходов, переводящих породы нижних горизонтов континентальной коры в более плотные гранулитовые и эклогитовые фации (глава 2; Артюшков, 1993). В этом случае процесс утонения коры моделируется последовательной эрозией её нижних слоёв, выражающейся в замещении нижних слоёв коры мантией.

Тепловая активизация, подобно тектонической, могла повторяться неоднократно в истории бассейна. В системе моделирования бассейнов ГАЛО процесс тепловой активизации литосферы бассейна численно воспроизводится поднятием кровли термического диапира с температурой Tdiap» 1000-1200oC с определённой скоростью. При этом распределение температуры в интервале Tdiap < T < Tlow переписывается на каждом шаге времени на распределение, возрастающее линейно от температуры в кровле диапира Tdiap до значения Tlow, поддерживаемого в основании области счёта. Полагалось, что в течении определенного времени становления “теплового диапира” (от 5 до 50 млн. лет) его кровля поднималась с постоянной скоростью (от 0.5 до 5 км/млн.лет) от своего начального положения до конечной глубины. Затем кровля диапира либо продолжала воздымание до окончания тепловой активизации, либо оставалась на той же глубине, либо погружалась при частичной релаксации теплового диапира. Скорость и амплитуда подъёма диапира и продолжительность его активности подбираются так, чтобы минимизировать отклонение амплитуд тектонического погружения фундамента, определяемых удалением нагрузки воды и осадков (сплошные линии на рис. 1-3е и 3-6в), от амплитуд, вычисляемых из распределения плотностей пород в фундаменте (мелко-пунктирные кривые на тех же рисунках). Например, в варианте моделирования бассейна Уэд эль-Миа на рис. 1-3, первая тепловая активизация, ТАК1, отвечала подъёму кровли астеносферного диапира с температурой 1000°C со скоростью около 5.5 км/млн.лет от 280 до 270 млн. лет назад и поддержанию этой кровли на неизменной глубине с эквивалентным тепловым потоком на поверхности около 100 мВт/м² в течение последующих 35 млн.лет. Вторая тепловая активизация в том же варианте моделирования, ТАК2, отвечала подъёму кровли диапира со скоростью около 1 км/млн.лет от 120 до 100 млн.лет и стагнации диапира по настоящее время, отвечающей тепловому состоянию литосферы с эффективным тепловым потоком на поверхности бассейна около 60 мВт/м². Рис. 3-6 даёт пример тепловой активизации, интенсивность которой продолжает расти и в настоящее время (ТАС-5).

Вариант развития бассейна Иллизи в Восточном Алжире, представленный на рис.3-6, интересен ещё и тем, что он предполагает одновременное действие тепловой активизации и растяжения литосферы в кайнозое. Необходимость кайнозойской тепловой реактивизации литосферы предполагается здесь высокими значениями температур, измеренными в современном разрезе бассейна (около 110°С на глубине 2 км; Makhous and Galushkin, 2003)). На рис. 3-6В крупным пунктиром показано положение тектонической кривой (6-8) при учете одной лишь этой тепловой активизации. Видно, что в этом случае пунктирная кривая вариаций амплитуд тектонического погружения идёт заметно выше сплошной кривой. Если же предположить, что одновременно с тепловой активизацией в кайнозое имел место процесс сокращения мощности коры (в результате растяжения литосферы с небольшой амплитудой b»1.16 или эквивалентной эрозией коры снизу в ответ на фазовые переходы), то обе тектонические кривые совпадают. В пользу такого варианта развития событий говорит и низкий рельеф поверхности бассейна при выраженной высокой тепловой активизации района. Такая ситуация повторяется на всех реконструируемых разрезах восточной половины бассейна Иллизи (см. глава 12). Высокий тепловой поток и предполагаемое «растяжение» литосферы согласуются с имеющейся геолого-геофизической информацией о высоком тепловом потоке и недавнем вулканизме в изучаемом районе (Makhous and Galushkin, 2003).

В заключение раздела необходимо отметить, что сам по себе тектонический метод не позволяет однозначно оценить амплитуды термических и тектонических событий в литосфере. Увеличивая одновременно начальный и конечный тепловые потоки, мы всегда можем подобрать соответствующую последовательность событий для одной и той же тектонической кривой. Однако, сочетание тектонического метода с измеренными значениями температур в современном разрезе бассейна и геолого-геофизической информации о строении и развитии района значительно сужают число возможных вариантов.