Настоящий проект направлен на детальное тектоно-физическое моделирование некоторых кайнозойских событий на Тихоокеанской активной окраине Северной Америки, а именно: «слом» слэба, обрушение фрагментов литосферы в мантию, «захват» фрагментов континентально

2007-2009 гг

Руководитель проекта д.физ.-мат.н. Романюк Т.В.

Участники проекта:

Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В.

Отчет за 2007 г.

Настоящий проект направлен на детальное тектоно-физическое моделирование некоторых кайнозойских событий на Тихоокеанской активной окраине Северной Америки, а именно: «слом» слэба, образование «окна» в слэбе, «захват» фрагментов континентальной коры океанической плитой, и др.

В течение 2007г. выполнена следующая работа:
1. Продолжался сбор разнообразных материалов по структуре коры и верхней мантии и геодинамической эволюции восточного сектора Тихого океана.
2. Скомпилирована новая тектоно-геолого-геофизическая модель коры и верхней мантии по профилю «Коста-Рика», секущему Центральную Америку.
3. Выполнено численное моделирование напряжений, вызываемых плотностными неоднородностями, по профилю «Коста-Рика».
4. Проведено сопоставление процессов «слома» слэба под Каскадной субдукционной зоной (профиль «Орегон») и Мексиканско-Центрально-Американской субдукционной зонами (профиль «Коста-Рика»).
5. Проводилось тестовое 3-D моделирование с помощью программы «U-way».
6. Подготовлены публикации в рецензируемые журналы, тезисы и доклады на Тектоническое совещание, Межд. Семинар им. Д.Г. Успенского и др.
Можно выделить следующие новые результаты:
(1) Литосфера на обоих профилях характеризуется в целом гораздо более высоким уровнем напряжений по сравнению с глубинными горизонтами мантии. Область надсубдукционного вулканизма (область с пониженными реологическими параметрами) на обоих профилях практически свободна от напряжений и разделяет литосферные части моделей на западный и восточный домены.
(2). Области вулканических дуг как правило характеризуются повышенным рельефом. К настоящему времени нами уже выполнены расчеты напряжений для 4 профилей (включая профили «Орегон» и «Коста-Рика»), пересекающих субдукционные зоны с существенно различающимися параметрами надсубдукционной плиты и с активными вулканическими дугами, вариации рельефа в которых от 1 до 5 км. Сопоставление параметров тензора напряжений для региона вулканических дуг по всем 4 профилям показывает, что эти области очень хорошо изостатически сбалансированы. Причем в интервале глубин от поверхности до прибл. 150 км, где располагается поверхность субдуцируемой плиты, знак вариаций относительного литостатического давления (изостатический расбаланс) меняется несколько раз (от 2 до 4), что свидетельствует о наличии мелкомасштабных процессов, восстанавливающих состояние изостатического равновесия. Это свидетельствует также о существенной роли гравитационных сил в надсубдукционной геодинамике.

Отчет за 2008 г

Настоящий проект направлен на детальное тектоно-физическое моделирование некоторых кайнозойских событий на Тихоокеанской активной окраине Северной Америки, а именно: «слом» слэба, образование «окна» в слэбе, «захват» фрагментов континентальной коры океанической плитой, и др.

В течение 2008г. выполнена следующая работа:
1. Продолжался сбор разнообразных материалов по структуре коры и верхней мантии и геодинамической эволюции восточного сектора Тихого океана.
2. Подготовлены новые программы, позволяющие программно генерировать детальную 3-D модель, аппроксимирующую кору и верхнюю мантию региона разлома Сан Андреас, в виде набора конечных элементов (кубообразные и призмообразные тела).
3. Проведены пробные расчеты для моделей с небольшим общим числом элементов с помощью программы «UWay». Модели имитируют процесс "захвата" блоков коры Северо-Американского континента океанической Тихоокеанской плитой
4. Подготовлены программы, позволяющие отображать результаты расчетов в различных сечениях трехмерной модели.
5. Подготовлены публикации по материалам предыдущих этапов работ в рецензируемые журналы, тезисы и доклады на Тектонофизическую конференцию, Тектоническое Совещание, и др.

Отчет за 2009 г

Настоящий проект направлен на детальное тектоно-физическое моделирование некоторых кайнозойских событий на Тихоокеанской активной окраине Северной Америки, а именно: «слом» слэба, обрушение фрагментов литосферы в мантию, «захват» фрагментов континентальной коры океанической плитой, и др.
Среди результатов, полученных в течение 2007-2009г.г, можно выделить следующие.
(1) Для 2 профилей «Ванкувер» и «Орегон», секущих Каскадную субдукционную зону (северо-западная окраина Северной Америки) вкрест ее простирания, построены тектоно-физические модели, учитывающие всю имеющуюся геолого-геофизическую информацию по тектонике региона и строению коры и верхней мантии, и выполнено 2-D моделирование напряжений, вызываемых движениями плит и плотностными неоднородностями, увязанными с гравитационным полем. Напряжения рассчитывались как для модели современного строения субдукционной зоны вдоль профиля «Орегон», так и для вспомогательных гипотетических моделей, имитирующих возможные ситуации в прошлом. Предложено и обосновано расчетами объяснение периода растяжения (олигоценового рифтинга) на Орегонской окраине кратковременным относительным движением плиты Хуан де Фука из-под континентальной окраины, имевшим место сразу же после «слома» слэба плиты Фараллон, а не вследствие изменения угла или скорости субдукции океанической плиты.
(2) На западе США под южным окончанием Великой Долины и Сьерры-Невады в верхней мантии по данным сейсмической томографии закартирована область с повышенными сейсмическими скоростями на глубинах от ~100 до ~250 км, близкая по форме к цилиндру с радиусом около 60 км и получившая название «мантийная капля» (mantle drip) и трактуемая как деламинирование литосферного корня Сьерры-Невады.
Выполнены 2-D расчеты параметров напряжений, вызываемых плотностными неоднородностями, для модели по профилю «Сьерра-Невада», секущему «мантийную каплю». Критическим для распределения рисунка напряжений в мантии является соотношение упругих параметров «капли» и окружающей ее мантии. В случае, когда «капля» является более жестким включением по отношению к вмещающей ее мантии (Вариант «А»), областями с самым высоким уровнем максимальных касательных напряжений оказывается область под ней, в которую капля «упирается». Если «капля» мягче окружающей ее мантии (Вариант «Б»), то максимальные касательные напряжения максимальны в боковых областях вокруг тонущей «капли» и в области над ней. Вариант «Б» характеризуется в несколько раз пониженным уровнем напряжений по сравнению с Вариантом «А». По косвенным оценкам Вариант «Б» представляется более предпочтительным. Для Варианта «Б», в нижней коре и подстилающей ее верхушке верхней мантии оконтуриваются области со значениями шаровой компоненты тензора напряжений меньше, чем литостатическое давление (области относительного растяжения), в плане совпадающие с зоной тектонической активности системы разломов Сан Андреас на широте профиля и играющие важную роль в процессе миграции разлома Сан Андреас вглубь континента.
(3) Для 3-D модели, аппроксимирующей кору и верхнюю мантию региона разлома Сан Андреас (запад США), в виде набора конечных элементов (кубообразные и призмообразные тела) выполнена серия расчетов с помощью программы «UWay», которая допускает как упругую, так и пластическую (для средней континентальной коры тестировались модели Мизеса и Друккера-Прагера) среду. Модель имитирует процесс "захвата" блоков коры Северо-Американского континента океанической Тихоокеанской плитой. В «континентальной» восточной части модели на среднекоровых уровнях получено распределение параметров напряженного состояния среды Тмак (максимальные касательные напряжения) и Ршар (шаровая компонента тензора напряжений) с регулярным чередованием вытянутых областей с повышенными и пониженными значениями этих параметров. Приблизительный размер и угол простирания структур относительно разлома Сан Андреас очень хорошо соответствуют параметрам структур в современной активной транспресионной зоне «Уолкер Лэйн + Восточно-Калифорнийская сдвиговая зона», которая представляет собой систему с регулярным чередованием вытянутых хребтов и долин между ними, причем по бортам долин проходят сдвиговые разломы, положение которых качественно коррелируется с повышенными значениями Тмах