Главная | Обратная связь

Зависимость аномалии силы тяжести от глубины границы Мохо

Установлено, что между аномалиями силы тяжести и глубиной залегания границы М, а также мощности коры, существует определенная зависимость. Эти величины между собой связаны. Установлением таких зависимостей занимались очень многие ученые-геофизики: Федынский Всеволод Владимирович, Андреев Б.А., Субботин С.И., Каратаев Г.И., Деменицкая Р.М, Цубои, Вулард.

Каждый из этих исследователей получили свои зависимости, например, на рис 3.4. изображена зависимость Деменицкой. Т.е. были точки, в которых известны значения аномалии Буге и глубина до границы, точки апроксимировались кривой с таким уравнением:

Чем тоньше кора, тем больше величины аномалии Буге. Минимальные аномалии наблюдаются в условиях толстой коры, т.е. в складчатых областях (альпийской особенно), где аномалии достигают нескольких отрицательных сотен милигал. На основании этих зависимостей имеется возможность определять мощность земной коры по аномалиям Буге. Поэтому мировую карту аномалий Буге можно перецифровать в глубины h (мощности коры), рис 3.5. Брать среднее значение поля и переводить в глубины h (в км). Но такой подход к определению глубин следует считать приближенным. Он подходит лишь для случая установления глобальных осредненных значений. В отдельных конкретных районах эти зависимости могут быть существенно нарушены и для точного определения глубины такой подход уже не годиться. Для наглядности сведем наши данные в таблицу:

Характеристика рельефа	Отметка рельефа, км	Толщина коры, км	ΔgБ, мГал
Океанические впадины	-3 и глубже	менее 10	>250
Материковая отмель	-2 до 0	от 14 до 32	+150 до +50
Равнинный рельеф	0 до 1	от 32 до 45	+50 до -50
Горные районы	свыше 2	более 55	<-200

 

Плотностные неоднородности в мантии

При совместном анализе гравиметрических, сейсмических данных ученые пришли к выводу, что плотностные неоднородности существуют не только в толще коры, но и глубже нее, т.е. в мантии, по крайней мере в верхней. Это установлено по вариациям сейсмических скоростей на одних и тех же глубинах. Зависимость на рис 3.6. Разброс значений говорит о том, что и на той и на другой коре есть большие колебания в скорости. Колебания скорости обуславливают также изменения плотности пород. О наличии плотностных неоднородностях в мантии говорит также наличие, так называемого, волновода, т.е. слоя с пониженными скоростями, который в общем находится на глубине примерно от 60 до 250 км. Наличие волновода объясняется тем, что фактическая температура на глубинах 60-250 км превышает температуру плавления, по крайней мере некоторых компонентов (рис 3.7.). Мощность волновода зависит от характеристики района, а именно наименьшая мощность на древних кристаллических щитах (может уменьшаться до нуля, т.е. волновод может отсутствовать). В других районах континентов мощность варьируется, а максимальной является под океанической корой.

Есть другая точка зрения. Мощность волновода постоянная меняется только лишь сама скорость, т.е. под океанами скорость уменьшается и поэтому нам кажется, что волновод больше. Причина плотностных неоднородностей в мантии связана с различными изменениями плотности за счет физико-химических процессов, протекающих в мантии. А именно, полиморфных превращений вещества, фазовых превращений, электронных превращений и т.д. В ряде случаев объем может изменятся на 20-25 %. А изменение объема приводит к изменению плотности.

Фактическое обнаружение плотностных неоднородностей и изменение за счет этого гравитационного поля представляют сложную задачу. Потому что эти изменения происходят на больших глубинах. Для того, чтобы выделить из общего суммарного поля поле, связанное с неоднородностями в мантии, необходимо из наблюденного поля последовательно вычитать влияние всех вышележащих толщ. Этот способ по предложению американского геофизика Хаммера, носит название «стриппинг». Для надежного его применения необходимо достаточно подробно знать строение верхней части коры, иначе мы можем какую-то толщу учесть неправильно и, тогда, остаточное поле будет выявлено с ошибкой.

Рассмотрим способ решения задачи. Способ соконтурных кривых. Предположим, что на глубине в мантии возникла некоторая плотностная неоднородность (очаг разуплотнения). Рис 3.8. Гравитационное поле, связанное с этой неоднородностью будет иметь конфигурацию подобную контуру в плане этой неоднородности. В действительности на карте мы этого поля не увидим, т.к. оно будет затушевано влиянием неоднородностей менее глубоко залегающих и создающих более локализованные поля. Но для того чтобы выделить это поле необходимо нарисовать модель этого поля, т.е. изоаномалы необходимой конфигурации, и наложить на гравиметрическую карту и по каждой кривой определить среднее значение Δg_ср. Это среднее значение будет зависеть от регионального Δg_рег:

обусловлено источников более масштабным, в формулу будет входит в виде мало изменяющейся величины, будет входить в виде небольших положительных и отрицательных величин и при суммировании эту часть можно принять равной нулю. И тогда наибольшее влияние на будет оказывать , а если взять разницу средних значений на крайних кривых, то она практически будет обусловлена только искомой плотностной неоднородностью. Поскольку мы базируемся на контуре плотностной неоднородности, то мы берем за основу сглаженный контур и добавляем этот контур линиями подобной конфигурации внутри и вне этого контура. Именно поэтому семейство кривых называют соконтурными. Информацию по контуру возникшей плотностной неоднородности можно взять на тектонической схеме этого района, на которой данная плотностная неоднородность нашла свое отражение в виде структуры.

 

Лекция 4

Продолжение

Рассмотрим пример интерпретации гравитационных аномалий, осредненных по соконтурным кривым в пределах курско-воронежского массива. По современным геологическим представлениям, кора на массиве имеет такое строение как на рис 4.1. Аномальный эффект на поверхности будет обусловлен блоками I и II. Будем считать аномальный эффект в двух точках P₁ и P₂. Аномальную плотность гранитного блока примем за 0,2 г/см³. Аномальная плотность базальтового слоя -0,4 г/см³. Если подсчитать аномальный эффект в точках P₁ и P₂, то мы получим такой результат:

Со знаком минус, потому что перевешивает базальтовый блок. Если взять разницу между этими точками, то δV_z = 13,5 мГал. В точке P₂ притяжение больше. Это мы получили результат, подсчитанный по модели коры. Подсчет аномального эффекта по соконтурным кривым и определение разности дало результат δV_z = 17,5 мГал. Это несовпадение можно объяснить тем, что наша модель коры не совсем соответствует действительности (однако, разницу в 4 мГал эти различия не объясняют). Расхождение двух результатов, скорее всего, объясняется тем, что при модельном расчете оказался неучтенным какой-то мощный фактор. В толще коры его содержаться не может, значит, не учтена какая-то плотностная неоднородность в мантии. Плотностная неоднородность приносит отрицательный гравитационный эффект. Поэтому при интерпретации следует сказать, что в мантии под массивом имеется отрицательная плотностная неоднородность. Гутенберг считал, что нельзя принимать ни одно геологическое построение, которое противоречит гравиметрическим данным. Гравитационное поле – это поле, которое не имеет никакого экрана, оно всегда присутствует и любая масса создает гравитационное поле.