Закономерности формирования рельефа и решение обратной задачи геодинамики Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №1/2016 ISSN 2410-6070

2. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2012 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.ecorb.ru

© Г. М. Махмутова, 2016

УДК 550.311

В.Б. Свалова

К.ф.-м.н., в.н.с.

ИГЭ РАН, г. Москва, Российская Федерация

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА И РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ГЕОДИНАМИКИ

Аннотация

Мантийный диапиризм и подъем мантийных плюмов выражают явление гравитационной неустойчивости на границе астеносфера-литосфера и особенно ярко проявляются в периоды тектоно-магматической активизации. Движение астеносферы отражается в поверхностных геофизических полях -геотермическом, гравитационном, электромагнитном. Наличие расплавленных астеносферных масс подтверждается сейсмическими данными, в том числе сейсмотомографией. Движение дневной поверхности над поднимающимся мантийным диапиром фиксируется сменой режимов осадконакопления и строением осадочного чехла. Подъем диапира отражается в рельефе дневной поверхности, строении фундамента и форме границ Мохо и Конрада. В работе представлено решение обратной задачи геодинамики, когда по геолого-геофизическим данным на поверхности прогнозируется движение вещества на глубине.

Ключевые слова Мантийный диапир, астеносфера, геодинамика, обратная задача.

Существует два стандартных метода решения обратных задач - метод регуляризации, когда на параметры решения накладываются дополнительные ограничения, и метод подбора, когда обратная задача решается методом решения многих прямых задач.

На основе использования асимптотических методов предлагается прямой метод решения обратной задачи геодинамики, когда использование надежных геолого-геофизических данных и скоростей на поверхности дает возможность однозначно прогнозировать движение вещества и распределение напряжений на глубине литосферы.

Рассмотрим слой высоковязкой несжимаемой жидкости, описывающей поведение вещества

литосферы. Пусть характерный размер моделируемых структур по латерали L значительно превосходит

характерную толщину слоя ^ Тогда используя уравнение неразрывности и приближенное уравнение Навье-

Стокса для достаточно медленных движений в тонком слое можно получить в безразмерном виде для

двумерного случая [1-14]:

дР д 2и — = ац—-

дХ дг2

SP

— = _Р

SZ

SU SW

-+-= 0

SX SZ

F , тг-U2, r = uoLPo

ril

h N' gL

а =

0

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №1/2016 ISSN 2410-6070

P - давление, U,W - скорости, F - число Фруда, R - число Рейнольдса, р - плотность, ц - вязкость,

р0, ц0, и0 - характерный масштаб плотности, вязкости и скорости.

Пусть на верхней границе поле сил равно нулю (свободная поверхность). Также пусть задано поле скоростей U*, W* на верхней границе моделирования . Тогда можно найти распределение скоростей и давлений в слое: p = p(q'- z)

U = uv-^fc*- z)2

2ац öX v '

W = W* + ÖU1(,*-z)+^-ÖX v ' 2ац

^1 (,•-z)3 (,*-z)2

ÖX2 3 v ' \ ÖX ) v '

Таким образом, по известным скоростям на поверхности определены скорости и давления на глубине, что дает возможность получить поля напряжений в слое. Полученное решение назовем решением первой обратной задачи геодинамики - нахождение скоростей, давлений и напряжений вещества на глубине по известным скоростям движения дневной поверхности.

На верхней границе должно также выполняться кинематическое условие свободной поверхности, означающее, что точки поверхности не покидают ее в процессе движения:

8 + и*-^--^ = 0 а ах

L

8 =

ио*о

S - число Струхаля. 10 - характерный масштаб времени.

Аналогично можно рассмотреть нижнюю границу моделирования как поверхность, точки которой остаются на ней в процессе эволюции ( условие непротекания). Тогда, подставляя скорости, получаем уравнение движения нижней границы д,:

8 ^5--и*-^(с*-<;.)+ аху '

+ -р

2ац

Öq*Öq>-J-S1 t-J-ISlt-J

ÖX ÖX v 7 ÖX2 3 v ' 1 ÖX

= 0

Данное уравнение представляет собой прямое решение обратной задачи, когда рельеф дневной поверхности и скорости на ней определяют движение глубинных границ. Аналогичное уравнение может быть написано для любой вещественной границы на глубине, через которую отсутствует поток вещества. Назовем данное решение решением второй обратной задачи геодинамики - определение движения границы на глубине по известным скоростям поверхностных движений.

Таким образом, задавая движение дневной поверхности, мы получили скорости, давления, напряжения вещества на глубине и уравнение движения глубинных границ.

Некоторые выводы о структуре глубинных движений по известным скоростям и рельефу поверхности можно сделать, анализируя различные геологические структуры и возможные поверхностные скорости.

Задача 1. Осадочный бассейн в условиях растяжения.

Дневная поверхность является вогнутой, т.е. _^ > о .

ах2

Sgn и * = Sgn X

Анализ решения показывает, что и растет с глубиной и с gradд *.

W соответствует восходящему потоку на глубине.

Задача 2. Осадочный бассейн в условиях сжатия.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №1/2016 ISSN 2410-6070

S Q

Дневная поверхность является вогнутой, т.е. > 0 . Sgn U * = - Sgn X.

Анализ решения показывает, что существует критическая глубина, где горизонтальное сжатие сменяется растяжением:

Q* = Q

U*

Р

2ац дХ

Вертикальная скорость W может быть положительной или отрицательной в зависимости от соотношения между параметрами задачи.

Задача 3. Ороген в условиях растяжения.

д V

Верхняя граница выпукла, т.е. —— < о

дХ2

Sgn и * = Sgn X.

Следовательно, существует критическая глубина, где растяжение сменяется сжатием:

Q* = Q

U*

Р

2ац дХ

Анализ величины W показывает возможный нисходящий поток в центре структуры на глубине. Если же растяжение на поверхности достаточно интенсивное, то на глубине возможен восходящий поток вещества.

Задача 4. Ороген в условиях сжатия.

д 2с*

Верхняя граница выпукла, т.е. —— < 0

дХ2

Sgn и * = - Sgn X.

В этом случае сжатие наблюдается во всем слое. Нисходящий поток вещества с большой вероятностью существует на глубине.

Следовательно, осадочный бассейн в условиях растяжения и ороген в условиях сжатия являются более стабильными и вероятными структурами, чем бассейн при сжатии и ороген при растяжении. Вывод представляется достаточно естественным, что говорит о корректности модели и возможности ее дальнейшего развития и применения.

Таким образом, предложено и разработано решение обратной задачи геодинамики прямым методом. Решена первая обратная задача геодинамики - восстановление полей скоростей, давлений и напряжений на глубине литосферы по имеющимся данным о скоростях на дневной поверхности. Поставлена и решена вторая обратная задача геодинамики - определение движения границ на глубине литосферы по заданным движениям дневной поверхности. Полученные решения могут использоваться для анализа глубинных геодинамических проблем, а совместно с геотермическим моделированием могут служить надежным аппаратом моделирования геодинамики геологических структур и прогноза нефтегазоносности.

Список использованной литературы: 1.Гончаров М.А., Короновский Н.В., Свалова В.Б., Разницин Ю.Н. Вклад мантийного диапиризма в процесс формирования новообразованных впадин Средиземноморья и Карибского бассейна и окружающих центробежно-вергентных складчато-покровных орогенов.// Геотектоника. №6, 2015, 80-93. 2.Занемонец (Свалова) В.Б., Котелкин В.Д., Мясников В.П. О динамике литосферных движений // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1974. № 4, с. 43-54.

З.Свалова В.Б. Термомеханика литосферы, нефтегазоносность и решение обратной задачи геодинамики.//Мониторинг. Наука и технологии. 2012. № 3(12), с. 21-24.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №1/2016 ISSN 2410-6070

4.Свалова В.Б. Термо-гравиметрическая модель Прикаспийской впадины. //Мониторинг. Наука и технологии. 2012. №1(10), с. 43-47.

5. Свалова В.Б., Шарков Е.В. Геодинамика Байкальской рифтовой зоны (петрологические и геомеханические аспекты) // Геология и геофизика. 1992. № 5, с. 21-30.

6. Свалова В. Б., Шарков Е.В. Формирование и эволюция задуговых бассейнов Альпийского и Тихоокеанского поясов (сравнительный анализ) // Тихоокеанская геология. 1991. № 5. С.49-63.

7. Шарков Е.В., Свалова В.Б. О возможности вовлечения континентальной литосферы в процесс субдукции при задуговом спрединге // Изв.АН СССР, сер.геол. 1991. № 12, с. 118-131.

8.Шарков Е.В., Свалова В.Б. Позднекайнозойская геодинамика Альпийского складчатого пояса в связи с формированием внутриконтинентальных морей (петролого-геомеханические аспекты). Известия ВУЗов. Геология и разведка. 2005, №1,с. 3-11.

9. Sharkov E., Svalova V. Geological-Geomechanical Simulation of the Late Cenozoic Geodynamics in the Alpine-Mediterranean Mobile Belt. // New Frontiers in Tectonic Research - General Problems, Sedimentary Basins and Island Arcs. INTECH, Croatia. 2011, с. 18-38.

10. Sharkov E., Svalova V. Intracontinental seas resulting from back-arc spreading during collision of continental plates. Doklady of the Academy of Sciences of the USSR. Earth Science Sections. 1989. Т. 308. №A С. 99-101.

11. Svalova V. Mechanical-mathematical modelling for the Earth's deep and surface structures interaction. Proceedings of Int.l Conf. IAMG, Berlin. 2002. 5 p.

12. Svalova V.B. Thermomechanical modeling of geological structures formation and evolution on the base of geological-geophysical data. Proceedings of the Third Annual Conference of the International Association for Mathematical Geology IAMG'97, Barcelona, Spain, 1997, Part 2, 1049-1055.

13. Svalova V.B. Mechanical-mathematical models of the formation and evolution of sedimentary basins. Sciences de la Terre, Ser. Inf., No.31, 1992, pp. 201-208.

14. Svalova V.B. Mechanical-mathematical simulation of geological structures evolution. Geoinformatics, Vol.4(3), 1993, pp.153-160.

© Свалова В.Б., 2016

УДК 591.9

А.Н. Тюрин

к.г.н., доцент, ИЕиЭ, ОГПУ г. Оренбург, Российская Федерация

ИСТОРИЯ КИТОБОЙНОГО ПРОМЫСЛА Аннотация

В статье рассмотрена история мирового китобойного промысла от момента его начала и до настоящего времени.

Ключевые слова

Киты, китобойный промысел, история китобойного промысла.

Роль человека в уничтожении животного мира нашей планеты чрезвычайно велика. Одна из наиболее трагических страниц во взаимоотношениях человека и животных - уничтожение китообразных в процессе китобойного промысла. Первые упоминания о китобойном промысле известны из Скандинавии с 800-1000 гг. В XII веке промысел также вёлся на западном побережье Европы (Бискайский залив). В ХУ1-ХУИ веках китобои начинают осваивать акватории Арктики и восточного побережья Северной Америки. Всё это время использовались небольшие парусные суда, добыча поражалась гарпунами с гребных шлюпок. Киты