Формирование начального распределения температур в литосфере

Задание начального распределения температур, т.е. профиля, существовавшего в литосфере на этапе зарождения бассейна, является составной частью процедуры молелирования бассейнов. В качестве одного из вариантов такого задания предусмотрен ввод произвольного кусочно-линейного распределения температуры с глубиной. Такой вариант используется при анализе тепловой релаксации структур типа надвигов или бассейнов с межпластовыми интрузиями в осадочной толще или фундаменте. Однако, для большинства осадочныx бассейнов удобнее задавать начальные условия через значение начального теплового потока на поверхности бассейна Q₀ или эквивалентного градиента температур, характеризующих термическое состояние бассейна на стартовом этапе его развития. При заданном Qo и известном распределении термофизических характеристик литосферы бассейна с глубиной начальное распределение температур определялось решением стационарного уравнения (5-21) или (5-23): T(z, t=0) = T(z, Q₀). При этом значение To в распределениях (5-21) и (5-23) описывает температуру поверхности бассейна в момент его зарождения (t=0). Если начальный этап формирования бассейна характеризовался рифтогенезом или тепловой активизацией, то подошва литосферы бассейна в этот период должна лежать заметно выше нижней границы области счёта ZM, так как последняя, как отмечалось в предыдущем разделе, связана с наиболее холодным состоянием литосферы в истории развития бассейна. В таком случае начальное распределение температур на глубинах от поверхности до подошвы литосферы (0 £ Z £ Zlit) определялось по формулам (5-21) или (5-23). Ниже подошвы литосферы, в области Zlit £ Z £ ZM, это распределение описывалось линейным ростом температуры от значения Tlit в основаниилитосферы до TM в основании области счета (Галушкин, 1990; Makhous et al., 1997; Makhous and Galushkin, 2005). Как правило, этот линейный участок отвечал относительно слабому росту температуры с глубиной и в первом приближении соответствовал области адиабатического градиента температур в мантии, типичной для аномально прогретой мантии зон континентального рифтинга.

Тем самым, начальное распределение температур в литосфере рассчитывается по формулам (5-21) или (5-23) с использованием значений теплового потока Q₀, характерногодля начального этапа развития бассейна. Эволюционный ряд осадочных бассейнов даёт возможность сопоставить каждому из них тектоническую обстановку их зарождения. При выборе значений начального теплового потока Qo (или градиента температур) последние принимаются близкими к современным потокам, наблюдаемым в областях с тектонической обстановкой, аналогичной или близкой к обстановке в период зарождения рассматриваемого бассейна. Так, величина поверхностного теплового потока потока Qo = 100-110 мвт/м²может считаться типичной для осевых зон континентальных рифтов (озеро Байкал, Африканская рифтовая система), а Qo» 65 - 85 мвт/м²- для плечей рифтовых структур (Смирнов, 1980). Для бассейнов, зародившихся на океанической коре, начальный тепловой поток можно грубо оценить в модели остывающего полупространства по формуле (McKenzie,1967; Lister 1977):

(5-24)

где Q_o в мВт/м² и t - возраст коры в млн.лет. Она может использоваться как при анализе классических океанических бассейнов, так и "океаническиx" бассейнов - останцев, формирующихся в пределах нерегулярностей континентальныx границ на этапах закрытия океанов.

Упомянутые выше значения Q₀ служат лишь грубым приближением величины начального теплового потока и дальнейшие ограничения на его допустимые значения получаются в системе ГАЛО на основе анализа вариаций амплитуд тектонического погружения фундамента (глава 6). В качестве примера приведём реконструкции рис. 1-3. Здесь вариации тектонического погружения (рис. 1-3е) предполагают умеренное значение теплового потока во время зарождения бассейна (Qo =52 мвт/м²; Makhous et al., 1997). Кривая 2 на рис. 1-3д даёт пример начального распределения температур, построенного для стандартной модели континентальной литосферы с начальным тепловым потоком Qo =52 мвт/м², глубиной нижней границы области счёта ZМ» 90 км и температурой TМ» 1050°С, поддерживаемой в основании этой области.

Влияние начальных термических условий на распределение температур и условия созревания органического вещества осадочной толщи бассейна может быть разнообразным. Оно зависит, вообще говоря, от длительности начальной тепловой активизации бассейна, скорости отложения осадков на этом этапе его развития, интенсивности термического прогревания и времени остывания. Это влияние может быть значительным для осадков, отложившихся в рифтовый этап развития бассейна, но оно существенно уменьшается для теплового состояния осадочных формаций, отложившихся через 40-50 млн. лет после эпизода рифтинга (Дучков, и др., 1990; Makhous et al., 1997). Системы моделирования позволяют провести прямую оценку такого влияния на рассчитанное распределение температур осадочной толщи и подстилающей литосферы и на условия созревания ОВ в бассейне.