Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования

Глава 5. Результаты регионального моделирования.

В данной главе приводятся результаты расчетов для Черноморско-Кавказско-Каспийского региона и Европы, демонстрирующие возможности регионального моделирования по разработанной методике. Необходимость в региональном моделировании обусловлена тем, что региональные модели распределения напряжений по сравнению с моделями глобальными обладают большей детальностью, что позволяет зафиксировать особенности моделируемых полей, не заметные при более грубом разрешении.

5.1. Черноморско-Кавказско-Каспийский регион

Одной из проблем в понимании истории развития Черноморской и Каспийской впадин является выяснение причин значительного увеличения скорости погружения этих бассейнов в плиоцен-четвертичное время. В работах (Nikishin et al., 2003; Brunet et al., 2003) для объяснения быстрого плиоцен-четвертичного погружения в пределах Черного и Каспийского морей была предложена модель прогибания литосферы под воздействием сжимающих напряжений, которые, как известно (Милановский, 1991; Милановский, 1996), доминируют в данном регионе начиная с олигоцена вследствие коллизии Аравийской и Евразийской плит. Данная модель была подтверждена численными расчетами, которые показали возможность подбора таких сжимающих сил на границах моделируемого разреза, что вызванное этими силами прогибание упругой пластины, тождественной по свойствам реальной литосфере, будет сопоставимо с наблюдаемыми данными.

В данном разделе представлены результаты расчета термального состояния литосферы Черноморско-Кавказско-Каспийского региона, модели напряженного состояния и модель синкомпрессионного упругого изгиба реологически неоднородной литосферы под действием внутриплитных напряжений (рис.3).

Для рассчитанных распределений напряжений характерны следующие общие особенности. В Черном и Каспийском морях доминирует обстановка сжатия. В Черном море субмеридиональное сжатие в его восточной части сменяется сжатием СЗ-ЮВ простирания в центральной и западной частях, которое переходит в субмеридиональное растяжение в северо-западной части.

Для Каспийского моря характерна достаточно выдержанная ЮЗ-СВ ориентировка главных осей сжатия в Центральном Каспии, сменяющаяся на почти строго меридиональную на севере. Обстановка растяжения приурочена главным образом к области развития орогенов: практически весь хребет Большого Кавказа находится в состоянии СВ-ЮЗ растяжения, причем в восточной части это растяжение сменяется интенсивным сжатием примерно того же простирания по периферии горного сооружения. Также стоит отметить региональное растяжение в пределах Эгейского моря, которое подтверждается фактическими данными и получено в настоящей работе в результате действия только сил разности гравитационного потенциала без привлечения каких-либо дополнительных источников, связанных с процессами, вызванными субдукцией.

Как видно из рис.3, где показаны амплитуды литосферных складок, возникающие в результате действия рассчитанных напряжений, наибольшие значения величины прогибания литосферы (около 1,5 км) наблюдаются в Восточно-Черноморской и Южно-Каспийской впадинах, именно для которых в работах (Nikishin et al., 2003; Brunet et al., 2003) и была предложена модель синкомпрессионного прогибания под воздействием сжимающих напряжений. Таким образом, выполненные на новом уровне расчеты подтверждают эти ранее опубликованные модели.

5.2. Европейский регион

Геодинамическая позиция Европейского региона определяется тем, что в его пределах друг на друга накладываются два источника напряжений - силы отталкивания от Северо-Атлантического хребта и коллизионные силы, действующие вдоль южной границы Евразийской плиты. При этом важно учитывать, что взаимодействие этих сил происходит на фоне сложного строения разновозрастной литосферы и достаточно расчлененного рельефа территории. Именно в связи с неоднородностью среды в этом регионе при геодинамическом моделировании крайне важным фактором становится высокое разрешение расчетов и детальный учет как можно большего количества данных.

Рассчитано два варианта распределения свойств литосферы, топографических сил и порожденных этими силами напряжений. В одной модели (модель 1) в качестве входных данных по структуре земной коры использовалась глобальная модель Crust2.0 (Mooney et al., 1998; Bassin et al., 2000), имеющая исходное разрешение 2^o×2^o, которое было увеличено до расчетного (0,25^o×0,25^o) в Европейском районе с помощью линейной интерполяции. Во втором случае (модель 2) была использована локальная для рассматриваемого региона модель структуры коры EuCRUST-07 (Tesauro et al., 2008) с разрешением 0,25^o×0,25^o.

Для обоих рассчитанных модельных распределений напряжений характерна ориентировка главных осей, в целом хорошо согласующаяся с полученной в результате визуального (Müller et al., 1992) и количественного (Olaiz et al., 2009) усреднения данных "Мировой Карты Напряжений". Что касается распределения режимов деформаций, то оно не противоречит предлагаемому в работе (Olaiz et al., 2009): в пределах континентальной части Европы в целом преобладают близкие к сдвиговым растягивающие деформации, обстановка растяжения проявлена в горных поясах Пиренеев и Альп, Эгейском море и Апеннинском полуострове, а сжатия - в Тирренском, Адриатическом и Ионическом морях.

В целом полученные результаты показывают, что даже в таком сложном с тектонической точки зрения регионе как Европа при детальном учете достаточного количества входной информации компьютерное моделирование может дать хорошо согласующиеся с наблюдаемыми данными результаты.