2016-А
Изтеглете pdf

литосферната

Зоната на сблъсък в Централна Азия: числено моделиране на текущата литосферна и кинематична структура

Централна Азия е доминирана от два основни орогена, орогена Загрос и системата Хималаи-Тибет, в резултат на сблъсъка на арабските и индийските плочи с южния ръб на Евразийската плоча.

Тази дисертация се фокусира върху: 1) характеризиране на литосферната мантия чрез интегриран метод за геофизико-петрологично моделиране и 2) изследване на ефекта на литосферната структура и реология при неотектоничната деформация, свързана с конвергенцията на Арабия и Индия по отношение на до Евразия, използвайки методология, базирана на подхода с тънки листове.

В случая с орогена на Загрос, резултатите разкриват, че литосферната мантия изтънява под Централен Иран, Алборц и частично под планинската верига Загрос. В случая на системата Хималаи-Тибет, резултатите показват удебелена литосфера в западния сектор, под Хималаите, платото Тибет, Кунлун Шан и Тиан Шан, и изтъняване под басейните Тарим и Юнггар. В източния сектор резултатите потвърждават, че платото Тибет се поддържа от по-тънка и по-гореща литосфера на север, отколкото на юг. Необходимо е да се въведат странични вариации на състава на мантията, свързани с процесите на горната литосферна мантия, във всички моделирани профили, доказващи наличието на различни литосферни домейни.

Изследването на неотектоничната деформация разкрива ключовата роля на реологията за възпроизвеждането на полето на напрежение и скоростите в Централна Азия, което предполага по-малко твърда литосфера на платото Тибет, отколкото на Иранското плато. Като цяло деформацията е по-бърза в зоната на сблъсък Индия-Евразия, отколкото в зоната на сблъсък Арабия-Евразия. И накрая, наличието на изтънена мантия в североизточния Тибет и последващото намаляване на вискозитета поради повишаването на температурата биха обяснили наличието на разширени разломи на платото Тибет и биха съгласували модела с данните за висок топлинен поток и ниски скорости. събития в региона.

Тази дипломна работа е финансирана от проекта ATIZA (CGL2009-09662-BTE) и свързания с нея FPI грант.

Структурата на литосферата играе важна роля за контролиране на повърхностната деформация и нейното разпространение до континенталните интериори. Неоднородностите в състава и силата в литосферата пряко влияят върху тектонското поведение на региона и, следователно, върху еволюцията на орогенните системи. Тази дисертация се фокусира върху характеризирането на днешната литосферна структура на Zagros и хималайско-тибетските орогени и ролята на литосферната структура и реология в приспособяването на деформацията, свързана с конвергенцията на Арабия и Индия срещу Евразия.

Чрез комбиниране на геофизична и петрологична информация, кората и горната мантия на Zagros и хималайско-тибетските орогени са характеризирани от термична, композиционна и сеизмологична гледна точка. Четири двумерни литосферни профила (два пресичащи орогена Загрос и други два пресичащи орогена Хималаи-Тибет) са моделирани до дълбочина 400 км, при което получената структура на кората и горната мантия са ограничени от наличните данни за кота, аномалия на Буге, геоидна височина, повърхностен топлинен поток и сеизмични данни, включително томографски модели. В орогена Zagros резултатите за дебелината на кората показват минимални стойности под платформата на Арабия и Централен Иран (42-43 km) и максимални стойности под зоната Sanandaj Sirjan (55-63 km), в съгласие с сеизмични данни. Основни несъответствия в дълбочината на Moho от тези, получени от сеизмични данни, са локално открити в зоната Sanandaj Sirjan (централен Загрос) и планините Alborz, където се моделират по-умерени дебелини на кората. Резултатите за дебелината на литосферата показват, че арабската литосфера е такава

Дебелина 220 км по двата профила, докато евразийската литосфера е

90 км по-тънък, особено под Централен Иран и планините Алборз. Границата литосфера-астеносфера (LAB) показва различни геометрии между двата трансекта. В северния профил (северен Загрос) LAB се издига рязко под зона Sanandaj Sirjan в тесен район на

90 км, докато в южния профил (централен Загрос) нарастването се случва в по-широк регион, от сгъваемия и натягащ пояс Загрос до зоната Санандай Сирджан. Най-доброто прилягане на сеизмичните скорости (Vp, Vs) и плътностите изисква странични промени в състава на литосферната мантия. Нашите резултати са съвместими с протерозойски перидотитни мантийни композиции под Арабската платформа, Месопотамски басейни на предпланините и прирастените терени на Евразийска плоча, и с по-изтощен фанерозойски композиционен мантия от харцбургитен тип под Загросския сгъваем и напорен пояс.

В хироко-тибетския ороген, резултатите показват дълбочина на Moho

На 40 км под западната част на хималайския предплавателен басейн, постепенно се задълбочава на североизток до

На 90 км под Кунлун Шан. Басейнът Тарим и Тиан Шан показват почти плоска граница на кора-мантия на дълбочина 50-65 км. Границата литосфера-астеносфера е разположена на дълбочина 260-290 км под западните плата Хималаи и Тибет, плато Тиан Шан и Алтай и се плитки до

230 км дълбочина под южния басейн на Тарим и до

170 км под района на Юнггар. Североизточното тибетско плато е подчертано от по-тънка литосфера (дълбочина на LAB при

120 км) по отношение на южния му сектор (дълбочина на LAB при

280 км), потвърждавайки резултатите от предишни 2D-геофизични интегрирани модели, проведени в този регион. Моделираната литосферна мантийна композиция обикновено е съвместима с лирзолитен тип мантия, като леко се променя до по-неизчерпана композиция в дълбоката литосфера под басейна на Тарим поради метасоматизъм. Въпреки това мантията под Тиан Шан, регион Юнггар и алтайския хребет се характеризира с богат на FeO-MgO състав, вероятно свързан със субдукционни течности, получени от плочи, а североизточното тибетско плато е силно изчерпано в MgO и обогатено с FeO, Al2O3 и CaO, получени от ксенолитни проби. Нашите резултати от геофизико-петрологичното проучване най-накрая предполагат, че хималайско-тибетският ороген се поддържа от дебела плаваща литосферна мантия в западния профил и от изтъняване на литосферна мантия в североизточния сектор на Тибетското плато по източния профил.

Комбинацията от днешната литосферна структура на Zagros и хималайско-тибетските орогени с кинематика на плочите, геодезически наблюдения и данни за напрежението позволи да се изследва неотектоничната деформация, свързана с сблъсъка на плочите на Арабия и Индия срещу Евразия. За тази цел е използвана техника на геодинамично моделиране, базирана на приближението на тънки листове. Чрез разглеждане на структурата на кората и литосферната мантия в Централна Азия, топографията, повърхностния топлинен поток и реологичното поведение както на кората, така и на горната мантия в зависимост от температурата, този метод позволи да се направи извод за полето на повърхностната скорост, посоките на напрежение, тектоничния режим и разпределението на деформациите чрез налагане на условия за скорост на границите на модела.

Резултатите позволяват да се получи приближение от първи ред на полето на скоростта и на посоките на напрежение в цяла Централна Азия, възпроизвеждайки въртенето на Арабия и Иран в посока обратна на часовниковата стрелка, бягството на Анатолия на запад и екструзията на изток на северното тибетско плато от само налага сближаването на плочите на Арабия и Индия по отношение на

оправи Евразия. Симулацията на наблюдавана екстензионна тектоника в Тибетското плато изисква вместо това по-слаба литосфера, която може да бъде осигурена i) чрез промяна в реологичните параметри или ii) чрез намаляване на дебелината на литосферата в СИ-Тибет. Освен това повишаването на температурата, генерирано от изтъняването на литосферата в СИ-Тибет, би позволило да се съгласува моделът с високите стойности на топлинния поток и ниските сеизмични скорости на мантията, наблюдавани в тази област.

Част I: Въведение и геоложка рамка 1

Глава 1: Общо въведение 3

1.1 Предистория и мотивация 3

1.2 Цели 6

Глава 2: Геоложки условия 9

2.1 Централна Азия 9

2.2 Зона на сблъсък Арабия-Евразия 10

2.3 Зона на сблъсък между Индия и Евразия 14

2.4 Зона за сблъсък между Арабия и Индия 17

Част II: Съвременна литосферна структура 21

Глава 3: Метод: Интегрираното геофизико-петрологично моделиране 24

3.1 Разпределение на температурата на мантията 25

3.2 Топлопроводимост на мантия 26

3.3 Плътности 28

3.4 Потенциални полета 29

3.5 Мантийни сеизмични скорости 30

3.6 Кота 30

3.7 Сублитосферни аномалии 31

3.8 Характеристика на мантията 31

Глава 4: Орогенът на Zagros 38

4.1.1 Регионални геофизични данни 40

4.1.2 Структура на кора и дълбочина на Moho 42

4.1.3 Дълбочина на границата литосфера-астеносфера 44

4.1.4 Мантийни сеизмични скорости 44

4.1.5 Състав на литосферната мантия 46

4.2.1 Структура на кората 48

4.2.2 Структура на литосферната мантия 49

4.2.1 Промяна на състава на литосферната мантия 58

4.3 Дискусия 60

4.3.1 Геофизико-петрологични спрямо чисто термични подходи 60

4.3.2 Геометрия на кората 61

4.2.1 LAB геометрия и съвместимост с томографски модели 62

4.4 Заключителни бележки 63

Глава 5: Хималайско-тибетският ороген 65

5.1.1 Регионални геофизични данни 67

5.1.2 Предишни изследвания върху структурата на кората и литосферната мантия 69

5.1.3 Томография с P-вълна на горна мантия 73

5.2 Резултати и дискусия 74

5.2.1 Структура на кората 74

5.2.2 Структура на литосферната мантия 78

5.2.3 Мантийни сеизмични скорости 81

5.2.4 Вариации на литосферната структура по протежение на

Хималайско-тибетски ороген 83

5.3 Заключителни бележки 89

Част III: Неотектонско моделиране на Централна Азия 91

Глава 6: Изграждане на метод и модел 96

6.1 Моделен домейн и неизправности 97

6.2 Моделни входове. Литосфера и термична структура 100

6.3 Движение на плочата и гранични условия 102

6.4 Ограничения на модела 104

Глава 7: Резултати 109

7.1 Референтен модел 109

7.2 Промяна в реологичните параметри 115

7.3 Промяна на дебелината на литосферната мантия в СИ-Тибет 119

7.4 Промяна на скоростните условия в югоизточната граница 123

Глава 8: Дискусия и заключителни бележки 129

8.1 Дискусия 129

8.2 Заключителни бележки 133

Част IV: Общи заключения 135

Глава 9: Общи заключения 137

Списък на фигури и таблици 143

Тесен регион от 90 км, докато в южния профил (централен Загрос) изтъняването е по-плавно и засяга по-широк регион, от Загросския сгъваем и напорен пояс до Централен Иран. Преходът от арабския към евразийския литосферен домен се намира под обхвата на Загрос и е белязан от промяна в аномалията на скоростта на мантията и в състава на литосферната мантия.