Инд. авторы:	Полянский О.П., Ревердатто В.В., Бабичев А.В., Свердлова В.Г.
Заглавие:	Механизм подъема магмы через «твердую» литосферу и связь мантийного и корового диапиризма: численное моделирование и геологические примеры
Библ. ссылка:	Полянский О.П., Ревердатто В.В., Бабичев А.В., Свердлова В.Г. Механизм подъема магмы через «твердую» литосферу и связь мантийного и корового диапиризма: численное моделирование и геологические примеры // Геология и геофизика. - 2016. - Т.57. - № 6. - С.1073-1091. - ISSN 0016-7886.
Внешние системы:	DOI: 10.15372/GiG20160601; РИНЦ: 26131888;
Реферат:	eng: Diapirism can be regarded as the main mechanism of transport through the lithosphere for both felsic and mafic/ultramafic magmas. However, the lack of field observations makes it difficult to identify the key mechanism responsible for the formation of dome-shaped structures. In this study, emplacement of natural diapirs is reconstructed by numerical experiments handling realistic rheological and petrological models for the crust and mantle lithosphere. Three different regimes of diapiric ascent were established depending on the chosen model rheology: (1) single-stage diapir ascent; (2) pulsating ascent of successive batches of mantle-derived magma to the base of the crust with a periodicity of 2-3 Myr; (3) emplacement of extensive magma bodies in the form of sills either beneath the base of the crust (underplating) or to deeper mantle levels. The timescale of 30 Myr for a heat source at the base of the lithosphere is sufficient to initiate the ascent of a diapir through the mantle and crust. The study provides the estimates of rheological properties of the lithosphere and partially molten material at which diapiric ascent through the mantle and crust can occur. rus: Диапировый механизм подъема магм как кислого, так и основного/ультраосновного состава является одним из основных способов транспорта вещества через кору и мантийную литосферу. Однако, ввиду недостатка прямых геологических наблюдений, часто не удается установить определяющий механизм формирования купольных структур. Процесс формирования природных диапировых структур в настоящей работе реконструирован с использованием численных методов, базирующихся на реалистичной реологической и петрологической модели вещества коры и мантийной литосферы. В зависимости от реологических параметров литосферы установлено три разных режима диапиризма: 1) однократное всплывание диапира; 2) осциллирующий режим подъема новообразованных порций мантийной магмы до подошвы коры с периодичностью 2-3 млн лет; 3) формирование протяженных магматических тел в форме силла либо под основанием коры (режим андерплейтинга), либо на более глубинном уровне в мантии. Длительность действия теплового источника в основании литосферы в течение 30 млн лет оказывается достаточной для инициирования и подъема мантийного, а затем корового диапиров. Приводятся оценки реологических свойств литосферы и частично расплавленного вещества, при которых диапиризм реализуется в коре и мантии.
Ключевые слова:	магма; литосфера; вязкость; реология; численное моделирование; континентальная кора; intrusion; melting; continental crust; numerical modeling; rheology; viscosity; lithosphere; magma; diapirs; интрузия; плавление; диапиры;
Издано:	2016
Физ. характеристика:	с.1073-1091
Цитирование:	1. Бабичев А.В., Полянский О.П., Коробейников С.Н., Ревердатто В.В. Математическое моделирование магморазрыва и формирования даек // ДАН, 2014, т. 458, № 6, с. 692-695. 2. Балтыбаев Ш.К., Глебовицкий В.А., Шульдинер В.И., Козырева И.В. Мейерский надвиг - главный элемент строения сутуры на границе Карельского кратона и Свекофеннского пояса в Приладожье, Балтийский щит // ДАН, 1996, т. 348, № 3, с. 353-356. 3. Балтыбаев Ш.К., Левченков О.А., Левский Л.К. Свекофеннский пояс Фенноскандии: пространственно-временная корреляция раннепротерозойских эндогенных процессов. М., Наука, 2009, 276 с. 4. Григорьева Л.В., Шинкарев Н.Ф. Условия образования купольных структур в Приладожье // Изв. АН СССР. Сер. геол., 1981, № 3, с. 41-50. 5. Добpецов Н.Л. Глобальная геодинамическая эволюция Земли и глобальные геодинамические модели // Геология и геофизика, 2010, т. 51 (6), c. 761-787. 6. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Взаимодействие термохимического плюма с мантийными свободно-конвективными течениями и его влияние на плавление и перекристаллизацию мантии // Геология и геофизика, 2013, т. 54 (5), с. 707-721. 7. Киселев А.И., Ярмолюк В.В., Иванов А.В., Егоров К.Н. Пространственно-временные отношения среднепалеозойских базитов и алмазоносных кимберлитов на северо-западном плече Вилюйского рифта (Сибирский кратон) // Геология и геофизика, 2014, т. 55 (2), с. 185-196. 8. Коробейников С.Н. Нелинейное деформирование твердых тел. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2000, 262 с. 9. Минц М.В., Глазнев В.Н., Конилов А.Н., Кунина Н.М., Никитичев А.П., Раевский А.Б., Седых Ю.Н., Ступак В.М., Фонарев В.И. Ранний докембрий северо-востока Балтийского щита: палеогеодинамика, строение и эволюция континентальной коры. М., Научный мир, 1996, 287 с. 10. Морозов Ю.А., Гафт Д.Е. О природе гранитогнейсовых куполов Северного Приладожья // Структура и петрология докембрийских комплексов / Ред. В.В. Эз. М., Препринт ИФЗ АН СССР, 1985, с. 3-120. 11. Ножкин А.Д., Туркина О.М., Бибикова Е.В., Терлеев А.А., Хоментовский В.В. Рифейские гранитогнейсовые купола Енисейского кряжа: геологическое строение и U-Pb изотопный возраст // Геология и геофизика, 1999, т. 40 (9), с. 1305-1313. 12. Полянский О.П., Ефремов В.Н. Диагностика куполовидных структур Северного Приладожья на основе термодинамических данных и тектонофизического анализа // Геология и геофизика, 1989 (4), с. 43-47. 13. Полянский О.П., Бабичев А.В., Ревердатто В.В., Коробейников С.Н., Свердлова В.Г. Компьютерное моделирование диапиризма гранитной магмы в земной коре // ДАН, 2009, т. 429, № 1, с. 101-105. 14. Полянский О.П., Бабичев А.В., Коробейников С.Н., Ревердатто В.В. Компьютерное моделирование гранитогнейсового диапиризма в земной коре: контролирующие факторы, длительность и температурный режим // Петрология, 2010, № 4, с. 450-466. 15. Полянский О.П., Коробейников С.Н., Бабичев А.В., Ревердатто В.В. Формирование и подъем мантийных диапиров через литосферу кратонов на основе численного термомеханического моделирования // Петрология, 2012, т. 20, № 2, с. 136-155. 16. Полянский О.П., Прокопьев А.В., Бабичев А.В., Коробейников С.Н., Ревердатто В.В. Рифтогенная природа формирования Вилюйского бассейна (Восточная Сибирь) на основе реконструкций осадконакопления и механико-математических моделей // Геология и геофизика, 2013, т. 54 (2), с. 163-183. 17. Полянский О.П., Коробейников С.Н., Бабичев А.В., Ревердатто В.В., Свердлова В.Г. Численное моделирование мантийного диапиризма как причины внутриконтинентального рифтогенеза // Физика Земли, 2014, № 6, с. 124-137. 18. Пэк А.А., Мальковский В.И., Кориковский С.П. Реакционно-инфильтрационная неустойчивость фронта гранитизации при зарождении и развитии гранитогнейсовых куполов // Петрология, 2012, т. 20, № 3, с. 227-241. 19. Скляров Е.В. Механизмы эксгумации метаморфических комплексов // Геология и геофизика, 2006, т. 47 (1), с. 69-73. 20. Скляров Е.В., Гладкочуб Д.П., Донская Т.В., Мазукабзов А.М., Сизых А.И., Буланов В.А. Метаморфизм и тектоника. М., Изд-во «Интермет Инжиниринг», 2001, 216 с. 21. Соболев А.В., Соболев С.В., Кузьмин Д.В., Малич К.Н., Петрунин А.Г. Механизм образования сибирских меймечитов и природа их связи с траппами и кимберлитами // Геология и геофизика, 2009, т. 50 (12), c. 1293-1334. 22. Тепловое поле недр Сибири / Ред. Э.Э. Фотиади. Новосибирск, Наука, 1987, 196 с. (Труды ИГиГ СО АН СССР, вып. 681). 23. Ярмолюк В.В., Козловский А.М., Кузьмин М.И. Зональные магматические ареалы и анорогенное батолитообразование в Центрально-Азиатском складчатом поясе: на примере позднепалеозойской Хангайской магматической области // Геология и геофизика, 2016, т. 57 (3), с. 457-475. 24. Bittner D., Schmeling H. Numerical modelling of melting processes and induсed diapirism in the lower crust // Geophys. J. Int., 1995, v. 123, p. 59-70. 25. Brown M. Granite: From genesis to emplacement // Geol. Soc. Amer. Bull., 2013, v. 125, p. 1079-1113. 26. Buck W.R. Modes of continental lithospheric extension // J. Geophys. Res., 1991, v. 96, № B12, p. 20161-20178. 27. Burov E., Cloetingh S. Controls of mantle plumes and lithospheric folding on modes of intraplate continental tectonics: differences and similarities // Geophys. J. Int., 2009, v. 178, № 3, p. 1691-1722. 28. Burov E., Jaupart C., Guillou-Frottier L. Ascent and emplacement of buoyant magma bodies in brittle-ductile upper crust // J. Geophys. Res., 2003, v. 108, p. 2177, doi:10.1029/2002JB001904. 29. Carter N.L., Tsenn M.C. Flow properties of continental lithosphere // Tectonophysics, 1987, v. 136, p. 27-63. 30. Chopra P.N., Patterson M.S. The role of water in the deformation of dunite // J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 7861-7876. 31. Choukroune P., Ludden J.N., Chardon D., Calvert A.J., Bouhallier H. Archaean crustal growth and tectonic processes: a comparison of the Superior Province, Canada and the Dharwar Craton, India // Geol. Soc. London Spec. Publ., 1997, v.121, p. 63-98. 32. Droop G.T.R., Brodie K.H. Anatectic melt volumes in the thermal aureole of the Etive Complex, Scotland: the roles of fluid-present and fluid-absent melting // J. Metamorph. Geol., 2012, doi:10.1111/j.1525-1314.2012.01001.x. 33. Escola P. The problem of mantled gneiss domes // Quart. J. Geol. Soc. London, 1949, v. 104, p. 461-476. 34. Griffin W.L., Sturt B.A., O’Neill C.J., Kirkland C.L., O’Reilly S.Y. Intrusion and contamination of high-temperature dunitic magma: the Nordre Bumandsfjord pluton, Seiland, Arctic Norway // Contr. Miner. Petrol., 2013, v. 165, p. 903-930. 35. He B., Xu Y.-G., Paterson S. Magmatic diapirism of the Fangshan pluton, southwest of Beijing, China // J. Struct. Geol., 2009, v. 31, p. 615-626. 36. Herzberg C., Condie K., Korenaga J. Thermal history of the Earth and its petrological expression // Earth Planet. Sci. Lett., 2010, v. 292, p. 79-88. 37. Jansen J.B.H., Schuiling R.D. Metamorphism on Naxos: Petrology and geothermal gradients // Amer. J. Sci., 1976, v. 276, p. 1225-1253. 38. Karato S., Wu P. Rheology of the upper mantle: a synthesis // Science, 1993, v. 260, p. 771-778. 39. Korsman K., Korja T., Pajunen M., Virransalo P., GGT/SVEKA Working Group. The GGT/SVEKA Transect - Structure and evolution of the continental crust in the Paleoproterozoic Svecofennian Orogen in Finland // Intern. Geol. Rev., 1999, v. 41, p. 287-333. 40. Kronenberg A.K., Tullis J. Flow strength of quartz aggregates: grain size and pressure effects due to hydrolytic weakening // J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 4281-4297. 41. Kuzmin M.I., Yarmolyuk V.V., Kravchinsky V.A. Phanerozoic hot spot traces and paleogeographic reconstructions of the Siberian continent based on interaction with the African large low shear velocity province // Earth Sci. Rev., 2010, v. 102, p. 29-59. 42. Little T.A., Hacker B.R., Gordon S.M., Baldwin S.L., Fitzgerald P.G., Ellis S., Korchinski M. Diapiric exhumation of Earth’s youngest (UHP) eclogites in the gneiss domes of the D’Entrecasteaux Islands, Papua New Guinea // Tectonophysics, 2011, v. 510, p. 39-68. 43. Masaitis V.L. Devonian basalts of Siberian platform, and their heterogenous mantle sources // Large Igneous Provinces of Asia, mantle plumes and metallogeny: Abstracts of the International symposium. Novosibirsk, Publ. House of SB RAS, 2007, p. 39-42. 44. Mei S., Bai W., Hiraga T., Kohlstedt D.L. Influence of melt on the creep behavior of olivine-basalt aggregates under hydrous conditions // Earth Planet. Sci. Lett., 2002, v. 201, p. 491-507. 45. Montelli R., Nolet G., Dahlen F.A., Masters G., Engdahl R., Hung S. Finite-frequency tomography reveals a variety of plums in the mantle // Science, 2004, v. 303, p. 338-343. 46. MSC.MARC users guide. Santa Ana, MSC.Software Corporation, 2012, 2034 p. 47. Norlander B.H., Whitney D.L., Teyssier Ch., Vanderhaeghe O. Partial melting and decompression of the Thor-Odin dome, Shuswap metamorphic core complex // Lithos, 2002, v. 61, p. 103-125. 48. Petford N. Dykes or diapirs? // Transactions of the Royal Society of Edinburgh-Earth Sciences, 1996, v. 87, p. 105-114, doi:10.1017/S0263593300006520. 49. Pitcher W.S., Berger A.R. The geology of Donegal. A study of granite emplacement and unroofing. New York, Wiley, 1972, 435 p. 50. Ranalli G. Rheology of the Earth. London, Chapman & Hall, 1995, 413 p. 51. Rey P.F., Teyssieur C., Whitney D.L. Extension rates, crustal melting, and core complex dynamics // Geology, 2009, v. 37, p. 391-394. 52. Rosenberg C.L., Handy M.R. Experimental deformation of partially melted granite revisited: implications for the continental crust // J. Мetamorph. Geol., 2005, v. 23, p. 19-28. 53. Sandiford M., Van Kranendonk M.J., Bodorkos S. Conductive incubation and the origin of dome-and-keel structure in Archean granite-greenstone terrains: A model based on the eastern Pilbara Craton, Western Australia // Tectonics, 2004, v. 23, TC1009, doi:10.1029/2002TC001452. 54. Toé W., Vanderhaeghe O., André-Mayer A.-S., Feybesse J.-L., Milési J.-P. From migmatites to granites in the Pan-African Damara orogenic belt, Namibia // J. African Earth Sci., 2013, v. 85, p. 62-74. 55. Thybo H., Artemieva I.M. Moho and magmatic underplating in continental lithosphere // Tectonophysics, 2013, v. 609, p. 605-619. 56. Vanderhaeghe O. Structural development of the Naxos migmatite dome // Gneiss domes in orogeny / Eds. D.L. Whitney, C. Teyssier, C.S. Siddoway. Boulder, Colorado, Geol. Soc. Amer. Spec. Paper, 2004, v. 380, p. 211-228. 57. Van Kranendonk M.J., Collins W.J., Hickman A., Pawley M.J. Critical tests of vertical vs. horizontal tectonic models for the Archaean East Pilbara Granite-Greenstone Terrane, Pilbara Craton, Western Australia // Precamb. Res., 2004, v. 131, p. 173-211. 58. Walter M.J. Melt extraction and compositional variability in mantle lithosphere // Treatise in geochemistry. The mantle and core / Eds. H.D. Holland, K.K. Turekian. Oxford, Elsevier-Pergamon, 2003, p. 363-394. 59. Weinberg R.F., Podladchikov Y. Diapiric ascent of magmas through power crust and mantle // J. Geophys. Res., 1994, v. 99, № В5, p. 9543-9559.