О температуре солидуса пород мантии
The accordance of the solidus temperature (Ts) of mantle rocks to a complex of petrological and geophysical data is considered. It is proved that the relation Ts = 1013 + 3.914H − 0.0037H2 , where H is the depth in km, corresponds to this information and can be used for the construction of model...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3170 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О температуре солидуса пород мантии / В.В. Гордиенко, И.В. Гордиенко // Доп. НАН України. — 2007. — № 10. — С. 96-102. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859592007104593920 |
|---|---|
| author | Гордиенко, В.В. Гордиенко, И.В. |
| author_facet | Гордиенко, В.В. Гордиенко, И.В. |
| citation_txt | О температуре солидуса пород мантии / В.В. Гордиенко, И.В. Гордиенко // Доп. НАН України. — 2007. — № 10. — С. 96-102. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | The accordance of the solidus temperature (Ts) of mantle rocks to a complex of petrological and
geophysical data is considered. It is proved that the relation Ts = 1013 + 3.914H − 0.0037H2
,
where H is the depth in km, corresponds to this information and can be used for the construction
of models of the deep processes and the sources of anomalies of physical fields.
|
| first_indexed | 2025-11-27T16:21:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
10 • 2007
НАУКИ ПРО ЗЕМЛЮ
УДК 360.56
© 2007
В.В. Гордиенко, И.В. Гордиенко
О температуре солидуса пород мантии
(Представлено академиком НАН Украины В. И. Старостенко)
The accordance of the solidus temperature (Ts) of mantle rocks to a complex of petrological and
geophysical data is considered. It is proved that the relation Ts = 1013 + 3.914H − 0.0037H2,
where H is the depth in km, corresponds to this information and can be used for the construction
of models of the deep processes and the sources of anomalies of physical fields.
Температуры, при которых начинается плавление мантийных пород на разных глубинах,
играют существенную роль в построении схем глубинных процессов, в определении приро-
ды магматизма и т. п. В работе [1] было предложено распределение температуры солидуса
сухих пород верхней мантии (Ts) в зависимости от глубины. Оно использовалось впослед-
ствии с небольшими изменениями во многих тепловых моделях авторов [2, 3 и др.] для
диапазона глубин около 50–450 км в виде Ts = 1013 + 3,914H − 0,0037H2, где H — глуби-
на, км. Считалось, что в переходной зоне к нижней мантии температура солидуса резко
увеличивается в связи с полиморфными преобразованиями минералов мантийных пород.
Появившиеся позднее новые определения Ts были, как правило, заметно выше [4–6
и др.], чем определяемые по приведенной формуле. Необходимо рассмотреть возможность
применения указанной зависимости, ее соответствие современным данным.
Постановка задачи. Экспериментальные значения Ts для разных глубин (давлений)
приведены на рис. 1, а. Они получены в процессе нагревания пород лерцолитового (“средне-
мантийного”) состава при фиксированных давлениях. Началом плавления считалось нали-
чие в резко охлажденном образце стекла. Предполагалось, что времени опыта достаточно
для изменения фазового состояния части породы и сопровождающих его физико-хими-
ческих явлений [3 и др.]. Для фиксации Ts необходимо появление заметного количества
стекла (как правило, речь идет о нескольких процентах). В этой ситуации часто в расплав
переходит уже часть породообразующих минералов. Но самые первые незначительные по
объему (до 1%) порции расплава появляются “. . . под влиянием примесных элементов. . . ” [4,
с. 1265]. По данным многих авторов, небольшие количества воды и других летучих (на уров-
не первых десятых долей процента) присутствуют в мантии [7 и др.], в частности, — в виде
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №10
Рис. 1. а: Принятая зависимость Ts лерцолита от глубины и экспериментальные значения температуры
солидуса (точки).
б : Сравнение Ts = 1013+3,914H −0,0037H
2 (линия) с температурами на кровле слоя частичного плавления
по данным РТ -условий образования ксенолитов (точки)
микровключений в разных минералах [8 и др.]. Вокруг них (и некоторых акцессорных ми-
нералов мантийных метасоматитов с низкими температурами плавления) и формируются
первые капли расплава, практически не затрагивающие породобразующие минералы.
Это явление может быть не отмечено в опытах, основная цель которых — изучение соста-
ва магм, образующихся при заметных степенях плавления в зависимости от состава пород,
РТ -условий, влияния флюидов и т. д. Однако появление 1% жидкости уже существенно
влияет на вязкость вещества верхней мантии (сокращая ее величину до порядка), понижа-
ет скорость сейсмических волн (продольных — примерно на 0,07 км/с, поперечных — на
0,04 км/с), в 1,5–2 раза сокращает удельное электрическое сопротивление пород (приводя
его к “астеносферному уровню” — около 100 Ом · м), менее заметно, но все же сказывается
на величине плотности пород, понижая ее примерно на 0,003–0,004 г/см3.
Поэтому кажется вполне обоснованным для решения задач, в которых основную роль
играют изменения физических свойств пород мантии, использовать минимальную величину
Ts на рис. 1, а, описанную приведенной выше формулой. Рассмотрим применимость такого
подхода на практических примерах.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №10 97
Рис. 2. Гистограмма распределения различий между Ts и температурами на кровле слоя частичного плав-
ления
Петрологические данные о температуре на кровле слоя частичного плавле-
ния. Минеральные ассоциации в ксенолитах, выносимых магматическими породами (ким-
берлитами и щелочными базальтоидами) на поверхность, отражают РТ -условия непосред-
ственно перед подъемом расплава на глубине их захвата магмами. Формирование зон час-
тичного плавления, питающих два упомянутых типа магматизма, в типичных случаях за-
нимает различное время. Большая часть кимберлитовой магмы возникает непосредствен-
но перед ее подъемом, выносимые ею ксенолиты отражают температурные условия, су-
ществовавшие до активизации. Магма щелочных базальтоидов образует сравнительно дол-
го существующие очаги, породы над ними успевают прогреться и ксенолиты, вынесенные
с максимальных для данного района глубин, должны фиксировать температуры, близкие
к характерным для кровли слоя частичного плавления, т. е. близкие к Ts.
В работе [9] собрана значительная информация по РТ -условиям образования таких ксе-
нолитов из щелочных базальтов, представленная на рис. 1, б с некоторыми дополнениями
[10 и др.]. Было также отмечено, что в некоторых кимберлитах присутствуют ксенолиты,
отражающие весьма различные распределения температур по глубине. Наряду с распреде-
лениями, типичными для неактивизированных платформ, на тех же глубинах фиксируются
существенно более высокие температуры. Возможно, это связано с появлением в процес-
се подготовки магматического события над кровлей зоны частичного плавления области,
пронизанной жилами, выполненными кристаллизованными расплавами и/или веществом,
вынесенным растворами, поступившими из зоны. Подобные явления описаны как в верхней
части земной коры [11], так и в мантии [10 и др.]. В интервалах глубин различной мощности
регистрируются положительные температурные аномалии по сравнению с окружающими
породами, составляющие 70–120 ◦С и 30–150 ◦С соответственно. Можно предположить, что
подобные “перегретые” ксенолиты с кровли очага кимберлитовой магмы отражают тем-
пературу, близкую к Ts. Поэтому такие (немногочисленные) данные также вынесены на
рис. 1, б. Они заметно дополняют общую картину, так как относятся к большим глубинам,
чем полученные по ксенолитам из щелочных базальтоидов (более 170 км).
С температурами, установленными по ксенолитам, вынесенным с кровли магматических
очагов на разных глубинах, на рис. 1, б сопоставлена кривая Ts = 1013+3,914H−0,0037H2.
Она согласуется с экспериментальными данными, но отличия на некоторых глубинах до-
вольно значительны. Эти отклонения характеризует гистограмма, представленная на рис. 2.
Несимметричность выявленного распределения T — Ts объясняется, скорее всего, тем, что
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №10
Рис. 3. Сравнение глубин превышения Ts в разные периоды развития герцинского рифта Днепровско-До-
нецкой впадины с глубинами кровли магматических очагов, по данным о составе изверженных пород.
Цифры у кривых — время в млн лет назад, для которого построены тепловые модели. Цифры у стрелок —
возраст в млн лет магматических пород
использованные температуры все же относятся к участкам над кровлей зоны частичного
плавления, т. е. могут быть несколько ниже Ts. Наиболее распространенные значения T —
Ts (66% всех установленных) находятся в пределах ±60
◦С. Средние различия между экспе-
риментальными температурами на одной глубине составляют около 50 ◦С. Они могут быть
объяснены как разницей между результатами определения температур при использовании
наиболее употребляемых геотермометров (50–70 ◦С), так и различным влиянием на породы
описанных выше метасоматических ореолов над кровлей магматической камеры [10 и др.].
Значения, превышающие Ts, могут быть связаны с выносом ксенолитов, представляющих
тугоплавкую часть породы, из частично расплавленной зоны.
Таким образом, установленные по ксенолитам температуры на кровле зоны частичного
плавления мантийных пород согласуются с принятым распределением Ts в рамках объяс-
нимой погрешности.
Другим аргументом в пользу принятых величин Ts могут служить результаты сравне-
ния глубины кровли слоя частичного плавления, меняющейся по ходу активного глубинного
процесса, которая установлена по тепловой модели тектоносферы региона и данным о со-
ставе изверженных пород. Тепловая модель для каждой стадии процесса строилась авто-
рами в соответствии с представлениями адвекционно-полиморфной гипотезы о мантийном
тепломассопереносе [2, 12 и др.]. Полученные распределения температуры сравнивались
с Ts, точки пересечения кривых считались отвечающими глубинам кровли и подошвы зоны
частичного плавления (астеносферы). Появление зоны на каждой глубине сопровождается,
как правило, магматизмом соответствующего состава, по результатам изучения продуктов
которого диагностируется расположение источника магмы в разрезе, приуроченное именно
к кровле астеносферы [2, 12 и др.]. Таким образом, сопоставляются три независимо полу-
ченных параметра — расчетная температура, Ts и глубина кровли магматического очага.
Пример такого сравнения приведен на рис. 3, отражающем различные этапы глубинного
процесса (и магматизма) в тектоносфере герцинского рифта Днепровско-Донецкой впади-
ны [13]. Видно, что различия температур на кровле астеносферы, определенные обоими
использованными методами, не превышают нескольких десятков градусов Цельсия. По-
добные построения проведены для различных периодов геологической истории Донбасса,
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №10 99
Рис. 4. Тепловая, скоростная и геоэлектрическая модели верхних горизонтов мантии Бельцкой области
современной активизации:
1, 2 — распределение скорости продольных сейсмических волн (1 — при температуре солидуса, 2 — экспе-
риментальное)
Восточных Карпат, Крыма, Западно-Черноморской впадины, части Украинского щита [2,
12 и др.]. Для всех рассмотренных активных эпизодов (охватывающих временной диапа-
зон от докембрия до современности) достигнуто согласование глубин кровли астеносферы,
установленных по тепловым моделям и составам магматических пород.
Геофизические данные о слое частичного плавления в верхней мантии. Рас-
положение современной астеносферы в верхней мантии может быть установлено также по
данным сейсмологии и геоэлектрики. Наиболее подходящим объектом в этом смысле пред-
ставляется зона частичного плавления в верхних горизонтах мантии (примерно на глубинах
50–100 км), возникающая в областях современной активизации докембрийских платформ [2,
12 и др.]. Один из примеров рассмотрен на рис. 4, где представлены данные по Бельцкой
области современной активизации на Молдавской плите.
Тепловая модель мантии, сопоставленная с Ts, выявляет зону частичного плавления
в интервале глубин 50–80 км [14 и др.]. В этом же диапазоне глубин располагается слой
100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №10
со значениями Vp ниже характерных для твердых мантийных пород [15]. Зона понижен-
ных скоростей в этом случае диагностируется довольно достоверно, так как скоростная
модель построена по данным о временах прихода волн от землетрясений в области Вранча
с большими глубинами гипоцентров. Ее границы подтверждают правильность выбора Ts
на глубинах 50 и 80 км.
Данные геоэлектрики [14] (см. рис. 4) могут быть использованы только для диагности-
ки кровли астеносферы. Достоверно определяемыми параметрами в этом случае являются
кровля объекта высокой электропроводности и величина его суммарной продольной прово-
димости (S = ∆H/ρ, где ∆H — мощность проводника, м, ρ — его удельное электрическое
сопротивление в Ом ·м). При использованной методике интерпретации и ограниченном ко-
личестве экспериментальных данных глубина подошвы объекта может быть установлена
только со значительной ошибкой. Расположение его кровли согласуется с установленной
для принятого значения Ts на глубине 50 км.
Подобные сейсмологические модели были рассмотрены для областей современной акти-
визации Припятского прогиба, Балтийской синеклизы, Паннонской впадины, Тарханкут-
ского полуострова Крыма, восточной Камчатки, геоэлектрические — для Прикарпатья,
Припятского прогиба, Балтийской синеклизы, Придобруджского прогиба, Тарханкута, Пан-
нонии. Во всех случаях кровля астеносферы определяется на глубинах, которые в пределах,
объяснимых погрешностями моделирования, согласуются с установленными по тепловой
модели и Ts.
Таким образом, рассмотренные данные позволяют утверждать, что принятое автора-
ми представление о распределении по глубине температуры начала частичного плавления
пород мантии в виде Ts = 1013 + 3,914H − 0,0037H2 подтверждается независимыми дан-
ными, по крайней мере, в диапазоне глубин от раздела М до 200 км. На больших глубинах
в верхней мантии существенное превышение Ts принятых значений представляется малове-
роятным, так как при высоких (более 8 ГПа) давлениях происходит сближение температур
солидуса и ликвидуса. На глубинах 250–450 км они различаются только на 200–100 ◦C
соответственно.
1. Веселов О. В., Гордиенко В.В., Соколова Л.С. и др. О температуре частичного плавления пород
верхней мантии // Геофиз. журн. – 1987. – 6. – С. 44–47.
2. Гордиенко В. В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В. и др. Украинский щит (геофизика, глубинные
процессы). – Киев: Корвин пресс, 2005. – 210 с.
3. Гордиенко В. В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Усенко О.В. Тепловое поле территории Украи-
ны. – Киев: Знание Украины, 2002. – 170 с.
4. Кадик А.А., Луканин О.А., Портнягин А.Л. Магмообразование при восходящем движении ман-
тийного вещества: температурный режим и состав расплавов, образующихся при адиабатической
декомпрессии ультрабазитов мантии // Геохимия. – 1990. – 9. – С. 1263–1276.
5. Gasparik T. Melting experiments on the Enstatite-Pyrope Join at 80–152 kbr // J. Geophys. Res. – 1992. –
97. – P. 1581–1588.
6. Walter M. J. Melting of garnet peridotite and the origin of komatiite and depleted lithosphere // Jour. of
Petrol. – 1998. – 39, No 1. – P. 29–60.
7. Коваленко В.И., Наумов В. Б., Гирнис А. В. и др. Оценка средних содержаний Н2О, Cl, F, S в де-
плетированной мантии на основе составов расплавленных включений и закалочных стекол средин-
но-океанических хребтов // Геохимия. – 2006. – 3. – С. 243–266.
8. Bell D., Rossman G. The distribution of hydroxyl in garnets from the sub-continental mantle of southern
Africa // Cont Miner. and Petrol. – 1992. – 111. – P. 161–178.
9. Гордиенко В. В., Гордиенко И.В. Гипотетические тепловые модели и данные геотермометров // Доп.
НАН України. – 2005. – 3. – С. 104–110.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №10 101
10. Литасов К.Д., Литасов Ю.Д. Мальковец В. Г. Глубинный метасоматоз и преобразование верхней
мантии Южного Прибайкалья по данным изучения ксенолитов Бартойского вулканического ареа-
ла // Геохимия. – 2005. – 3. – С. 275–301.
11. Лукин А.Е., Луговая И.П., Загнитко В.Н. Природа палеогеотермических критериев нефтегазоно-
сности // Изв. АН СССР. Сер. геол. – 1988. – 8. – С. 113–125.
12. Гордиенко В. В., Усенко О.В. Глубинные процессы в тектоносфере Украины. – Киев: Ин-т геофизики
им. С.И. Субботина НАН Украины, 2003. – 147 с.
13. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В. и др. Днепровско-Донецкая впадина (геофизика,
глубинные процессы). – Киев: Корвин пресс, 2006. – 140 с.
14. Геоэлектрическая модель Евразийского складчатого пояса и сопредельных территорий / Ред.
В.В. Белявский, С.Н. Кулик. – Киев: Знання, 1998. – 265 с.
15. Харитонов О.М., Красовский С.С., Куприенко П.Я. и др. Литосферный трансект Вранча – Южно-
Украинская АЭС // Геофиз. журн. – 1993. – 5. – С. 23–31.
Поступило в редакцию 25.04.2007Институт геофизики им. С.И. Субботина
НАН Украины, Киев
УДК 551.24.05.553.3.
© 2007
Н.И. Дерябин
Геодинамическое развитие структур Украины
(Представлено академиком НАН Украины Е.Ф. Шнюковым)
In the development history of the Ukrainian geological structures, nine tectonic cycles including
their riftogenous, contractional, and platform stages are recognized.
На протяжении всей истории геодинамического развития структур Украины, согласно пуль-
сационной концепции [1, 2], был проявлен весь комплекс тектонических циклов с режима-
ми расширения и сокращения площади. Это — раннеархейский (контракционный), поздне-
архейский (рифтогенный), раннепротерозойский (контракционный), позднепротерозойский
(рифтогенный), вендский (платформенный), раннепалеозойский (рифтогенный), поздне-
палеозойский (контракционный), мезозойский (рифтогенно-платформенный, кайнозойский
(контракционно-платформенный) и современный (рифтогенно-платформенный) (рис. 1).
Первые четыре цикла были изучены на Украинском щите, выступающем в виде кратона
среди фанерозойских структур [1, табл. 1, рис. 2, 14].
Раннеархейский цикл представлен останцами гранитизированных гнейсов аульской, за-
падно-приазовской, днестровско-бугской сериями и в виде выступов плагиомигматитов гай-
воронского, днепропетровского, сабаровского и славгородского комплексов. Позднеархей-
ский цикл был развит в виде гранит-зеленокаменных поясов, состоящих из полного цик-
ла тектонических стадий: раздвиговой, плутонической, кальдерной и грабеновой. В них
последовательно проявлялись дифференцированные вулканиты (преобладающе базальты),
флишоиды (железистые кварциты), кристаллосланцы, мраморы и гранитоиды натрового
ряда. В структурном плане они выполняли авлакогены линейного типа: Фастовский, Во-
лодарский, Кочеровский, Побужский, Криворожско-Кременчугский, Верховцевский, Чер-
томлыкский, Сурский, Конкский, Белозерский, Орехово-Павлоградский, Мариупольский,
102 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3170 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T16:21:23Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гордиенко, В.В. Гордиенко, И.В. 2009-07-02T12:56:30Z 2009-07-02T12:56:30Z 2007 О температуре солидуса пород мантии / В.В. Гордиенко, И.В. Гордиенко // Доп. НАН України. — 2007. — № 10. — С. 96-102. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3170 360.56 The accordance of the solidus temperature (Ts) of mantle rocks to a complex of petrological and geophysical data is considered. It is proved that the relation Ts = 1013 + 3.914H − 0.0037H2 , where H is the depth in km, corresponds to this information and can be used for the construction of models of the deep processes and the sources of anomalies of physical fields. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Науки про Землю О температуре солидуса пород мантии Article published earlier |
| spellingShingle | О температуре солидуса пород мантии Гордиенко, В.В. Гордиенко, И.В. Науки про Землю |
| title | О температуре солидуса пород мантии |
| title_full | О температуре солидуса пород мантии |
| title_fullStr | О температуре солидуса пород мантии |
| title_full_unstemmed | О температуре солидуса пород мантии |
| title_short | О температуре солидуса пород мантии |
| title_sort | о температуре солидуса пород мантии |
| topic | Науки про Землю |
| topic_facet | Науки про Землю |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3170 |
| work_keys_str_mv | AT gordienkovv otemperaturesolidusaporodmantii AT gordienkoiv otemperaturesolidusaporodmantii |