Петрологические аспекты гравитационной нестабильности тектонически утолщенной литосферы

Киселев А.И., Гордиенко И.В., Лашкевич В.В.

В коллизионных орогенах нижняя часть литосферы может отслаиваться (деламинироваться) из-за возникшей инверсии плотностей между астеносферой и более холодной утолщенной литосферной мантией. Обычно в моделях деламинации не рассматриваются плотностные изменения в коре и литосферной мантии, обусловленные фазовыми переходами и вариациями минерального состава при изменении Р-Т условий. Мы акцентируем внимание на то, что эти эффекты могут быть очень важными, возможно преобладающимипо отношению к эффекту простого изменения термальной структуры мантии. В статьеизложены результаты численного моделирования с помощью программного комплекса "Селектор" эклогитизации базальтов нижней коры, а также изменения фазового состава и плотности нижележащего перидотита, обусловленных тектоническим утолщением литосферы и ее погружением в астеносферу. Для нижней коры с увеличением глубинности основные гранулиты (базальты) переходят в эклогиты, при этом на принятой границе кора-мантия (Р=20 кбар) отмечается инверсия плотностей, так как новообразованный эклогит на 6 % тяжелее нижележащего перидотита (абиссального перидотита, поФ. Бойду). Разница в плотностях является потенциальной энергией деламинации эклогитовой части коры. По условиям моделирования нижней границе литосферы соответствуют Р=70 кбар и Т=1300~\С. Принимая адиабатическое распределение температуры вастеносфере, ее значение при данных параметрах оценивается в пределах 1350-1400~\С. Инверсия плотности в сухих условиях достигается только при изохимичности составов литосферы и астеносферы за счет перепада температур в 100~\ С. Однако разница в плотностях при этом составляет всего 0.0022~Z%. Вещественные различия двух других модельных составов астеносферы (примитивная мантия, лерцолит КН) по отношению к литосфере (абиссальному перидотиту) не компенсируются более высокой температурой. Плотность астеносферы получается более высокой, чем плотность низов литосферы. Инверсия плотностей достигается, если допустить присутствие в составе астеносферы, аналогичном составу примитивной мантии или лерцолиту КН, соответственно, не менее 1.40 и 0.83 мас.% условно нейтрального флюида. Такое количество флюида явно завышено и совершенно не согласуется с современными оценками содержания флюидов в мантии. Следовательно, только флюидсодержащая астеносфера, отвечающая составу деплетированной мантии срединно-океанических хребтов (DMM) - резервуару, существующему с докембрия, - является наиболее подходящей средой для деламинации утолщенной литосферы. В настоящей модели абиссальный перидотит ближе всего соответствует DММ по отношению к другим, более фертильным составам астеносферы. Адвекция тепла, связанная с подъемом флюидосодержащих плюмов, далеко отстоящих по времени от коллизионных событий, может провоцировать повторную деламинацию гравитационно нестабильных частей литосферы.

Тихоокеанская геология 2004 , т. 23 , вып. 2 ( Март-Апрель 2004) С. 20- 29
Полный текст (pdf) статьи может быть получен здесь