Формирование магматического очага при внедрении магмы в земную кору
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.4.31Ключевые слова:
уравнение теплопроводности, плавление, магма, магматический очаг, heat conduction equationАннотация
Основным механизмом транспорта магмы в земной коре является образование трещин (даек), по которым расплав продвигается к поверхности под действием сил плавучести и тектонических напряжений. Часто из-за структурных особенностей коры или за счет поля внешних напряжений дайки не достигают поверхности, а внедряются в локализованную область, в которой доставленная ими магма вызывает плавление пород. В результате возникают магматические очаги, размеры которых могут превышать тысячи кубических километров. В статье представляется построенная авторами модель, основанная на уравнении теплопроводности, учитывающем реальные диаграммы плавления магмы и пород. Модель позволяет исследовать процесс формирования магматического очага при внедрении даек с заданным расходом. Перемещение пород при наличии движущейся магмы описывается аналитическим решением задачи нагружения внутренним давлением трещины, находящейся в бесконечной плоскости. Показано, что при типичных для островодужных вулканов значениях притока магмы формирование очагов возможно в течение сотен лет от начала притока магмы. Проанализировано влияние расхода магмы, размера даек и их ориентации на объем и форму очага. Показано, что при произвольной ориентации даек очаги имеют сферическую форму, при горизонтальной или вертикальной - эллиптическую. Размер очага существенно превышает размер области с дайками вследствие перемещения магмы и пород земной коры, их прогрева и плавления. На больших временах граница очага остается достаточно резкой.
Скачивания
Библиографические ссылки
Rubin A.M. Propagation of magma-filled cracks // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1995. Vol. 23. No. 1. P. 287-336. DOI
Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка. 1975–1976 / под ред. С.А. Федотова, Г.Б. Флерова, А.М.Чиркова. М.: Наука, 1984. 637 с.
Lensky N.G., Niebo R.W., Holloway J.R., Lyakhovsky V., Navon O. Bubble nucleation as a trigger for xenolith entrapment in mantle melts // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. Vol. 245. No. 1-2. P. 278-288. DOI
Walker G.P.L. Gravitational (density) controls on volcanism, magma chambers and intrusions // Aust. J. Earth Sci. 1988. Vol. 36. No. 2. P. 149-165. DOI
Elsworth D., Foroozan R., Taron J., Mattioli G.S., Voight B. Geodetic imaging of magma migration at Soufrière Hills Volcano 1995 to 2008 // Geological Society, London, Memoirs. 2014. Vol. 39. P. 219-227. DOI
Colón D.P., Bindeman I.N., Gerya T.V. Thermomechanical modeling of the formation of a multilevel, crustal‐scale magmatic system by the Yellowstone plume // Geophys. Res. Lett. 2018. Vol. 45. No. 9. P. 3873-3879. DOI
Annen C. From plutons to magma chambers: Thermal constraints on the accumulation of eruptible silicic magma in the upper crust // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. Vol. 284. No. 3-4. P. 409-416. DOI
Dufek J., Bergantz G.W. Lower crustal magma genesis and preservation: a stochastic framework for the evaluation of basalt–crust interaction // J. Petrol. 2005. Vol. 46. No. 11. P. 2167-2195. DOI
Schöpa A., Annen C., Dilles J.H., Sparks R.S.J., Blundy J.D. Magma emplacement rates and porphyry copper deposits: thermal modelling of the Yerington batholith, Nevada // Econ. Geol., 2017. Vol. 112. No. 7. P. 1653-1672.
URL: https://www.researchgate.net/publication/320225835
Karakas O., Degruyter W., Bachmann O., Dufek Lifetime and size of shallow magma bodies controlled by crustal-scale magmatism // Nat. Geosci. 2017. Vol. 10. No. 6. P. 446-450. DOI
Piwinskii A.J., Wyllie P.J. Experimental studies of igneous rock series: a zoned pluton in the Wallowa batholith, Oregon // J. Geol. 1968. Vol. 76. No. 2. P. 205-234. DOI
Martel C., Pichavant M., Holtz F., Scaillet B., Bourdier J.‐, Traineau H. Effects of fO2 and H2O on andesite phase relations between 2 and 4 kbar // J. Geophys. Res. 1999. Vol. 104. No. B12. P. 29453-29470. DOI
Brown D.K. A computer program to calculate the elastic stress and displacement fields around an elliptical hole under any applied plane state of stress // Comput. Struct. 1977. Vol. 7. No. 4. P. 571-580. DOI
Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1967. 196 с.
Marsh B.D. On the crystallinity, probability of occurrence, and rheology of lava and magma // Contr. Mineral. and Petrol. 1981. Vol. 78. P. 85-98. DOI
Afanasyev A., Blundy J., Melnik O., Sparks S. Formation of magmatic brine lenses via focussed fluid-flow beneath volcanoes // Earth Planet. Sci. Lett. Vol. 486. P. 119-128. DOI
###
Rubin A.M. Propagation of magma-filled cracks. Rev. Earth Planet. Sci., 1995, vol. 23, no. 1, pp. 287-336. DOI
Fedotov S.A., Flerov G.B., Chirkov A.M. (eds.) Bol’shoye treshchinnoye Tolbachinskoye izverzheniye. Kamchatka.
1975–1976 [Large Tolbachik fissure eruption. Kamchatka. 1975–1976]. M.: Nauka, 1984. 637 p.
Lensky N.G., Niebo R.W., Holloway J.R., Lyakhovsky V., Navon O. Bubble nucleation as a trigger for xenolith entrapment in mantle melts. Earth Planet. Sci. Lett., 2006, vol. 245, no. 1-2, pp. 278-288. DOI
Walker G.P.L. Gravitational (density) controls on volcanism, magma chambers and intrusions. J. Earth Sci., 1988, vol. 36, no. 2, pp. 149-165. DOI
Elsworth D., Foroozan R., Taron J., Mattioli G.S., Voight B. Geodetic imaging of magma migration at Soufrière Hills Volcano 1995 to 2008. Geological Society, London, Memoirs, 2014, vol. 39, pp. 219-227. DOI
Colón D.P., Bindeman I.N., Gerya T.V. Thermomechanical modeling of the formation of a multilevel, crustal‐scale magmatic system by the Yellowstone plume. Res. Lett., 2018, vol. 45, no. 9, pp. 3873-3879. DOI
Annen C. From plutons to magma chambers: Thermal constraints on the accumulation of eruptible silicic magma in the upper crust. Earth Planet. Sci. Lett., 2009, vol. 284, no. 3-4, pp. 409-416. DOI
Dufek J., Bergantz G.W. Lower crustal magma genesis and preservation: a stochastic framework for the evaluation of basalt–crust interaction. Petrol., 2005, vol. 46, no. 11, pp. 2167-2195. DOI
Schöpa A., Annen C., Dilles J.H., Sparks R.S.J., Blundy J.D. Magma emplacement rates and porphyry copper deposits: thermal modelling of the Yerington batholith, Nevada. Geol., 2017, vol. 112, no. 7, pp. 1653-1672. URL: https://www.researchgate.net/publication/320225835
Karakas O., Degruyter W., Bachmann O., Dufek Lifetime and size of shallow magma bodies controlled by crustal-scale magmatism. Nat. Geosci., 2017, vol. 10, no. 6, pp. 446-450. DOI
Piwinskii A.J., Wyllie P.J. Experimental studies of igneous rock series: a zoned pluton in the Wallowa batholith, Oregon. Geol., 1968, vol. 76, no. 2, pp. 205-234. DOI
Martel C., Pichavant M., Holtz F., Scaillet B., Bourdier J.‐, Traineau H. Effects of fO2 and H2O on andesite phase relations between 2 and 4 kbar. J. Geophys. Res., 1999, vol. 104, no. B12, pp. 29453-29470. DOI
Brown D.K. A computer program to calculate the elastic stress and displacement fields around an elliptical hole under any applied plane state of stress. Struct., 1977, vol. 7, no. 4, pp. 571-580. DOI
Yanenko N.N. Metod drobnykh shagov resheniya mnogomernykh zadach matematicheskoy fiziki [The method of fractional steps for solving multidimensional problems of mathematical physics]. Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-niye, 1967. 196 p.
Marsh B.D. On the crystallinity, probability of occurrence, and rheology of lava and magma. Mineral. and Petrol., 1981, vol. 78, pp. 85-98. DOI
Afanasyev A., Blundy J., Melnik O., Sparks S. Formation of magmatic brine lenses via focussed fluid-flow beneath volcanoes. Earth Planet. Sci. Lett., 2018, vol. 486, pp. 119-128. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
