Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 [ 99 ] 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

Другой сценарий связан со свойствами амфиболитов (раздел 6.3), которые термодинамически неустойчивы при Т > 650°С (см. рис. 6.1), что приводит к возвратному катакластическому разрушению при нагреве нижней коры. При низких температурах внутренняя структура разломов в массивах амфиболитов (как и в кварцитах) представлена истинно пластическими течениями. (Физическое объяснение тому - исключительно жесткие связи между зернами матрицы, которые даже превосходят прочность самих зерен.)

Тем самым в природе могут существовать и непроницаемые разломы.

Мантийный гелий служит наилучшим (но не единственным) показателем проникания флюидов мантии в кору. Критерием служит изотопное соотношени i? = Не/Не, различное для атмосферных и мантийных условий (в последнем случае оно значительно выше).

На рис. 6.12, изображено распределение изотопного соотношения гелия для Паннонского бассейна [188]. Видно, что максимальные числа соответствуют не горным массивам, где глубинные коровые разломы достигают свободной поверхности, а глубоким осадочным впадинам.

Объяснение тому складывается из двух частей. Во-первых, разломы не могут непрерывно пересекать всю кору в глубину втшоть до мантии. Во-вторых, только широко распространенная система водных горизонтов осадочного бассейна аккумулирует гелий, который может проникнуть из мантии по хрупким разломам в нижнюю кору, перегретую под "подушкой" осадочных бассейнов. (Именно поэтому гелий часто присутствует в природных месторождениях углеводородных газов.)

6.3. Граница Мохоровичича как непроницаемый экран

6.3Л. КОРОВО-МАНТИЙНЫЙ ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРЕХОД

Аннигиляция проницаемости пород коры на границе Мохоровичича означает появление здесь изолирующего слоя, исключающего проникание воды и вверх и вниз [90]. Эта концепция вполне согласуется с экспериментальными свидетельствами, что такие породы верхней мантии, как перидотиты и эклогиты, не содержат сколь-нибудь существенного количества воды [107]. 328

Рассмотрим фазовый переход континентальных пород, типичных для нижней коры (габбро, базальт, амфиболит), к эклогиту через промежуточную фазу гарнет-гранулитов.

Соответствующие поля термодинамической устойчивости были найдены экспериментально (рис. 6.13) для "сухих" условий. Этот фазовый переход может объяснить скачок сейсмических скоростей на Мохо, поскольку отмеченные выше породы коры имеют примерно те же механические параметры, что и граниты (с, » 6 - 7 км/с при р - 1 ГПа, v w 2.6 - 3

г/см, но эклогиты и перидотиты (с, » 8 , > 3 ) резко от

них отличаются.

1200 -

800 -

СОЛИДУС

базальт или

амфиболит /\:

ВЕРТИКАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ, ГП. I I I I

О 35 70

ГЛУБИНА, КМ

Рис. 6.13. Поля термодинамической устойчивости пород коры (базальт, амфиболит) и мантии (эклогит):

1 - состояния на Мохо; 2 - границы перехода при "сухих" условиях; J -геотерма; 4 - фаза (промежуточная) гранулитов[911

Амфиболиты относятся к промежуточному типу пород (Ср !v 7.3 , » 3.12 ) и содержат значительное количество

воды.

Можно видеть, что границы устойчивости пород коры и

эклогитов пересекают ось температур в точке Т = 400°С, р = 0.

Если бы это было так в реальности, то поверхность Земли (/? О, Г « 20°С) была бы представлена мантийными (но не коревыми) породами, однако активность воды внутри коры частично изменяет термодинамические оценки, изображенные на рис. 6.13 (те, которые даны пунктиром).

Зоны реальной устойчивости эклогитов и их переходы к базальто-габбровому комплексу определяются положением геотерм в тшоскости РТ.

Фазовые трансформации эклогитов при спаде давлений и температур приводят к амфиболитам, если кора содержит воду.

Более подробное графическое изображение метаморфических преобразований пород, данное в [80], учитывает "сухие" и "влажные" состояния и преобразования и может даже быть использовано для детальной стратификации нижней коры.

По данным космических исследований, термодинамические условия Т « 400С, Л! о соответствуют свободной поверхности планеты Венера. Так как вода в атмосфере Венеры отсутствует, то эти условия отвечают полю устойчивости базальтов, и, предположительно твердая поверхность планеты Венера представлена базальтом. В самом деле, отечественная космическая станция обнаружила там базальтовое плато.

6.3.2. ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ВОДЫ И ИХ ЭФФЕКТЫ

Ход геотерм играет решающую роль в фазовых преобразованиях горных пород.

Если термодинамическое состояние 1 (см. рис. 6.13) на Мохо смещено с границы устойчивости эклогитов вверх в область устойчивости гарнет-гранулитов, то интенсивность скачка сейсмических скоростей на Мохо уменьшается. Действительно, в природе "резкость" перехода на Мохо может быть самой различной.

Мощность земной коры в целом уменьшается, если геотерма смещается ближе к оси температур, что обеспечивается высокой теплопроводностью, связанной с циркуляцией масс воды от свободной поверхности вплоть до нижней коры, как, например, в случае Паннонского бассейна. 330