Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Методы изучения изостазии




Региональная гравиметрия

Плотностная модель литосферы – слоистость при малой роли латеральных неоднородностей. Обратная задача гравиметрии в такой модели неоднозначна.

Это определяет выбор методов интерпретации гравиметрии, не сводящихся к решениям обратных задач.

Гравиметрия способна обеспечить подробное изучение больших территорий суши и акваторий Мирового океана.

Контроль плотностных моделей посредством сравнения их гравитационных полей (из решения прямых задач) с реальными аномалиями является эффективным средством выбора подходящих разрезов земной коры.

Поэтому данные гравиметрии служат связующими в комплексном изучении литосферы.

Далее – специфические методы интерпретации данных гравиметрии в изучении строения и изостазии литосферы.

Изостазия – особый вид равновесия в литосфере, определяемый равенством масс в вертикальных колонках до глубины больше глубины поверхности компенсации.

Эта поверхность не выражена в изменениях свойств литосферы. Она проводится на уровне максимальной глубины раздела Мохо - порядка 80 км. Такой же порядок имеют горизонтальные размеры колонок литосферы.

Совершенство изостазии иногда оценивают по разности давлений на поверхности компенсации; этот метод основан на подсчете масс в вертикальных колонках литосферы. Условие изостазии:

(h i si) = const,

h i – толщина слоев литосферы в каждом колонке; si – их плотность. В число слоев литосферы включаются рельеф земной поверхности и слой воды в морях и океанах; отсчет ведется от уровня моря.

Подсчет масс ведется по колонкам разрезов ГСЗ, в которых значения плотности определены по скоростям с использованием закона Берча.

Возможности этого метода ограничены по причинам:

─ далеко не везде есть данные ГСЗ;

─ в разрезах ГСЗ могут отсутствовать границы, выделение которых не предусмотрено системой наблюдений, или относящиеся к ним волны не входят в число опорных волн;

─ толщина и значения плотности слоев имеют погрешности 5–10%.

Это приводит к ошибкам оценки изостазии примерно 15 %, что соответствует большим отклонениям от равновесия.

Такой подход к оценке нарушений изостазии используют для контроля качества глубинных разрезов ГСЗ как обоснование пересмотра интерпретации материалов ГСЗ.

Лучшим по точности и возможности широкого применения является гравиметрический метод – корреляции аномалий с осредненными высотами рельефа. Для этого иногда используются аномалии Фая и Буге, но лучшие результаты получены при изучении изостатических аномалий.

Они вычисляются в следующих предположениях:

─ равновесие полное – массы рельефа и компенсации равны и противоположны по знаку;

─ равновесие локальное – каждый элемент рельефа компенсируется независимо – массами, расположенными непосредственно под ним;

─ распределение компенсационных масс соответствует одной из моделей изостазии.

Отметим, что эти модели не обязательно строить в массах, можно – прямо в их гравитационных эффектах.

Классические модели изостазии включают массы рельефа и компенсационные массы, расположенные в литосфере. Рельеф – это земная поверхности и дно океана с учетом водной нагрузки.

В модели Пратта массы компенсации равномерно распределены в слое до глубины компенсации Т:

sк = -s0 h / T; s0 и h – плотность и средняя высота рельефа в колонке.

В модели Эри массы компенсации образованы рельефом границы земной коры и мантии – поверхностью Мохо:

H = H 0 +s0 h / (sм - sк), H 0 - глубина раздела Мохо там, где h = 0, sм и sк - плотность мантии и земной коры.

Тип и степень нарушений изостазии оценивается по коэффициентам локальной недокомпенсации θ1 и региональной перегрузки θ2:

θ1 == (1 - t); t = rк/r - коэффициент компенсации;

θ2 =; D g и = A + (1 - t) B h ср.

При недокомпенсации (t < 1) корреляция изостатических аномалий с осредненным рельефом положительная, при избытке компенсационных масс (t > 1) – отрицательная.

Из средних значений изостатических аномалий вычитаются зональные аномалии, вызванные неоднородностью мантии. Эти аномалии определяются по спутниковым наблюдениям или осреднением изостатических аномалий в радиусе ~200 км.

Изостазия Сибири

 

Изостазия Алтая

 

Изостазия Сибири

Фазовая переходная зона мантии
по данным гравиметрии

Переходная зона мантии (ФПЗ) на глубинах 400–700 км играет важную роль в динамике Земли.

Радиальная структура Земли изучена по данным сейсмологии. Единичными длинными профилями ГСЗ выявлены границы на глубинах около 420, 520 и 670 км, определены скачки скорости на границах между слоями, совпадающие с оценками глубины границ и значениями скоростей в сферически симметричных моделях Земли.

Важной физической характеристикой ФПЗ является закономерное увеличение плотности сверху вниз на каждой фазовой границе на 0,3–0,4 г/см3. Это связано с изменением кристаллической структуры.

Рельеф границ ФПЗ при скачках плотности (~0,3 г/см3) должен находить отражение в гравитационном поле.

Гравитационные аномалии и высоты геоида не обнаруживают связи со структурой литосферы, мощностью земной коры, распределением континентов и океанов.

Оценки глубины источников этих аномалий: до 2000 км по низким (n = 3-7) или 500−1000 км по высоким гармоникам (n = 8-18). Это оценки сверху, они соответствуют глубинам предельно концентрированных распределений масс, какими границы в мантии не являются.

Оценки показывают, что эти аномалии могут быть связаны с ФПЗ. Альтернатива – связь их с неоднородностями мантии, обусловленными температурой. В таком случае они должны проявляться в скоростной структуре мантии, определенной по данным сейсмической томографии.

Для понимания сути метода требуются характеристики фазовой переходной зоны − скачки плотности на фазовых границах, наклон кривых Клапейрона dP / dT и др.

 

Характеристикифазовой переходной зоны Единицы измерения На границах
420 км 670 км
Давление, Р ГПа 13,7 23,8
Средняя температура, Т К    
Плотность над границей, s1 г/см3 3,55 4,05
Плотность под границей, s2 г/см3 3,80 4,38
Относ. скачок плотности, Ds/s1 - 0,07 0,08
Температурный градиент, t К/км 1,2 0,8
Наклон Клапейрона, dP/dT МПа/К   -2
Наклон фазовой границы, dH/dT км/К 0,12 -0,05

Спутниковые карты – аномалии Фая на высоте ~300 км, много большей глубины компенсации (~80 км). Поэтому влияние рельефа и масс компенсации исключают друг друга везде, кроме высокогорных районов.

При оценке структуры ФПЗ учитываются факты:

− отрицательная коррелированность границ ФПЗ;

− разные знаки наклона кривых фазовых равновесий.

Модель изостатической структурыграниц ФПЗ:

D Н 1 Ds1 = -D Н 2 Ds2 → оценка рельефа двух границ, как параметров сферических призм; модель удовлетворяет условиям единственности обратных задач.

Результаты по Азии: глубины фазовых границ варьируют в диапазоне ± 20 км от средних значений, латеральные температурные аномалии в переходной зоне достигают 350 К.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 528; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.017 сек.