Конвективный тепло-массообмен при выплавлении и транспорте магм тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

• лклд2''я паж ссср

пркзадст дш^евостсчного отдгтгя

Ка npsnax p7ffctrncr:

подллдчккоз ßprs прьс-к—

кснвзкткешя тппло-кассосз.нг прп кд1лашенгл il траштортз fístu

01.02.05 - дох&кгта адякостсй, rosa я гогзгзч

i D i о р a Î í р s ï

дгссвртвиргя нз сотсгшггэ утопоЯ стстшп яаагадзю i3SSKc-K57e?«sTîr:ecpiîi нарт:

ВЛАСЗОСТСЯ - 1901 г.

Роботе выполнена в Институте экспериментальной шшералохкн (ИЗи) АН СССР и в аспирантуре кафедры аэромеханики и газовой динамики мехашко-ыатемапгчвского факультете Московского государствогиюго тжвэрсктета ии. Ц.В.Ломоносова.

Каун1ьй ру&оводаталм члзн корреспондент АН СССР,

доктор флзшю-иатвматнгческих наук В.П.Мясгаков

Офадаолыаз сппонэята: доктор фиаико-цатаиатических наук В. С.Козлов

доктор физнко-матеыатнчэских наук ¿.В.Костарин

Вадуцся организация: Институт геохкшн и аналитичаской хдасд! ни. В.И.Вернадского АН СССР

Занято состоятся 20 июня 1591 г. в Х600 часов на заседании специализированного Совата Д.002.06.07 при Прззадаума ДВО АН СССР по адраоуI 690032, РСФСР, Приморский край, г.Владивосток, ул.Радао, Б.

С дассвртацае2 ыагно ознакомиться в библиотеке Института овтоызгнкы к процессов управлэная ДВО АН СССР.

Автореферат разослан 19^/ г.

УчэкыЭ секретарь Спецяализмроаанного совета

¡кандидат фкз.-мвт. наук- ^ А.А.БУРЕНИН

я^рмгкагасапх* рдпота

, гс?1

агр?далг.ото:з кзучпплд

{ г^г5рол;гогэ ¡»гггдасСрллс. .тмя « уе.'эет.'п кпнсжтм-■юго' тспцопзр'ггсет п к^достлтсекЛ гааплп.сппгаос'н.'э Д'П'я'Сжч уг-тро-хо рэснрсстрпис.ятих ч 11ртрод.-» ш>сп:;сосз котазктяпгого пэссопорзио-зп. И"псзт!-.то"Пх» -гякта «сслодопо?"« еог:г.'.'.ч~1"га ггадоч ¡юнгттазпого гряло -:дпссог.г.ропспч *гогорг> гскязтолт иря утгт^ я.грпллолыю и.итгтлд ¡пгорнх перохсдето ялкялга« от тэ^тарстура, дашггаю и иопцэитра-компонлпч'сэ из фрочто фтзозого перевода. Диссэртетдяя потопляюсь в ллйорэтср-.П! Лэтогфору Инстотутв о;;спор;й»'5!1та.йьной .'.ггнэряло-АН СССР в раяяах проЗлзш "КдтяморЗнзм и гэодяивггяка" (Проект •Э1» Мэяигунпродгсоа прс1ром>ял гсолопиоскса корроляцял) я а лпбора-•ор«и Цятсмп-я'ческоЖ геолога* Гвоетпгмского гоютатуто' А!! СССР Ыссяпа) й р^жзх ¡фсОл<;:л; "Звояоцяя яосточноЛ ает" (Проз то« ?-5-?аз 5!яжогаародпса протрсх-гм гоояогячэск-эЛ яоррэлгари).

1'9ль рпботн - гзучеТИ9 пл1*,ис!л когтектяшого мпссспяронсса атучих ?*о ^эяконоггериолта 'гтрсцяссоз пл?пл?и»1Я пород на

гксг" псстреттмгт маютотэтссго« моделей п иссяадвааинл рекго-•Я, п ттсм кгучсгач злкоискзрностеЯ ■фоиспорта маги а зотягоЗ ■>рв »а осиопо дэуисргмх рлочатов ядеоптягаси процессов.

Научная нонизнз работы загипочэатся п слэдусцэи: построена »тодоль раснлеолзяня слаяяческого субстрата о пысокжа эдогоярржжипи при штадрвигл базнтсяих росялааов не кэлых глубя-

пыделенн дая рэгятма ллэяяензтя сиалнчоского субстрата над коивок-руоцнн распяпаом. Получен?) условия пэрррзеттрвдвлшшя быстро ■■■ЭД7нгафу«цих компонянтоя мэзду двумя конто ктируяхдага расплавами оровнч и nrmrv.Vnz-.rj);

докаязно, что сродя кягтель тязгелоП кидкостн раэлдтной толщина, пущих в плоском вертикальном кятгалв с тнулввча расходом лэгкоЯ пдости черва сечаиив, конотпо-аадплитудоаЛ устойчивостью обладают лько капли, тонущие с ивкеинзльнсЯ скоростью; првдлопэи высокоточшгй иэтод расчета двумэршх течений еысоко-3551X срчд СО саободной Верхней ГрЭЮЩЭЙ.

Практической значение работы. Полученные результаты иогут тольаоваться при пэтрогвнвгиччекем анализе природных обствноаок

Я

корового ыагыооОразозимя, iipn прогног^ сивиы pozzwa пздоряоиян дойстаущэх'о вулкана, при оцаккпх поверхности язига j

овязвшси: о внвдрчгашм ишрузий. овлость прчмевдетстк

приблге&в»сл»2 методик рссчота xevoicsfi ш^агсоянокязс срзд со свободной верхней границей. i

АлроОация раСота. Ockostpjq результата исследований доложены на международных симпозиумах "МвтпиорфиЕУ хрзнитизвция" (Лвнишрод, 1988), "Тепловая »полиция яитосфэри и оо связь с глуОкнгем: про-цоссвмк" (Москва, 1989), МевдународнуЯ симгаянум памяти Д. С.Корейского, (Москвч, 1939), "Nordic meeting on nratarcorphiEm, geody-naraicG, and related goology", (Лукд, Швеция, 1989), "International conference on МесЬал1сн of JolntDd ajid faulted rod;'', (Пана, Австрия, 19:0), "18 International conJerarice cn Mathematical Gaophy-oice", (Иерусалим, Иэрпиль, 1990), "The Gaologienl Socity of America, ISSO Annual Мяо ting", (Даллас, Тохис, Cljl.1, 1990). "Plrct International nymposlum on evolution of Paleoaolsn ocean", (Улан-Удэ, СССР, I9B0); ня tsceconainjs ¡;ои£оренц;:яз "Экспериоизнтальиаг! тектоника в решении задач тооротической и практической гоолопш", (Ялта, 1987), Ежегодный семинар экспврш.-:анта~ торов. (Москва, 1538), Второе Всесоюзное совещания "Сдапко- химическое модвлироватго в геохимии и петрологии но ЗЕЛ", (Иркутск, 1988).

Структур« и обьнм работы. Диссертация состоит на ввадмаш, 4 глав и заключения, содержит НО страниц машинописного токсто, 3 твблици, ЗЭ рисуккя и 22.5 наименований литературы.

КРАТКОЙ СОДЕРИАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. ПЛАВЛЕНИЕ КИСЛЫХ ВУЛКАНИТОВ В КОНТАКТЕ С БАЗЙТОВШ МАГМОЙ НА МАЛЫХ ГЛУОКНАХ.

Считается общепринятый, что контактное плавлвкие молот игроть заметную роль лишь на больших и средних глубинах. В первой глава приводится кроткое описание и предложен вариант интерпретации феномена контактного плавлолмя, происходившего на «алых глубинах и обусловленного высоким водосодэрялнием плавящихся пород.

Объектом исследований явились кайнозойские вулканические и с у (5 пул}-, a i е.! ч ее к;< о образования острова Кунаыир (Курильская островная

дуга). Устанаалгтязтсп, что в контакта о олаато^'л.и дайнами породи кислого состава и радо случаев подвергались пл&плвдглю. Б.А.Лпт::;-.!-нааскнм, Д.Н.Зсшклевич н В.М.Дуннчввим огсюдяи морфология контактовых зон отмячеии наобичеЛно гисокпя южрепорлстость вторичного рколчтового стекла! с5;ь";о пор н оадоконтактопих учпст-паг даок; приолиез лараплавленяя но ¡¡сой ыисси поспал, а только боггтця ГЧ1НПЮТ1Л зедастиом аа участков; прямая корраляцял иягуу 1»:гр:шо\? оон подпяцалэния п иощюстьй да о к; пгри&накм смоыэння эвдо-»нтопого и вторичного ¡нюлого рчсплавов} интенсивное раэдавлнвднйо кристаллов Пл ¡Сд б аонн рязогрово.

В дчссертац^ доказывается, что главной причиисЗ развитая процессов контактного плавлеюм является разкоа повнтскио ^ п

систеиа связшисе с дегидратацией г.'п.пыстих минералов в интервала 550-700°С. Плавления глслого материала прсисяодилс о водсиасичен-шх услоааях. ОтрицательниЛ наклон,кривой плавлашш водадасшюкнсЗ с;ш:катсю.1 сястош определял занчтноо сннкенис Т в сСстапсп::с рзякого уволмчегая унругсотк пара в зона контакта с бзэмтов:;:! рзсплавш (до 650-700° при р 0 3-4 кбар). ВагчюЯ особенность/!

слисушяэмогл процесса контактового пяавлегал ягляатся образование, к^ряду с сонами полного, вон частичного плипледе.я, чъ'О трудео оЗъясккыо в яодонаалданных энхиэвтоктнчеекмх системах. Снялакие геипоратури в эош плаальшя 1;ож)т быть сбълснэно лушъ соотвотст-пужа пои&юшеы р , Действительно, е изо.1ор:(ческил условлях

;:2:(с;ц<аль!:ои флхидной дазлэннз имеет иьсто на фроета расплаал<«ыя, где доля кмелих вкплаьск минимальна. Во внутренних частях зоны часть пода растворяется в образующемся расплавь, что обеспачгтвот лрогрэгсивиоа отиэщ® перового давления и, соответственно, увеличение Т в направлении к контакту с дайкой. Полученные оценки показывают, что различия р(| 0 на фронте плавления и в зоне полного

расплавления достигают 2-3 кбар, что и обеспечиваат требуемый оерйпад температур начала и конца плавления в несколько десятков градусов.

Возможность реализации таких вмеоких давлений в условиях ■га ¡¿¡х глубин, на которых фильтрационной механизм обеспечивает >М#кгиып.:й ей рос порового давления до литостатического, подтверждается рассчвтнми. В кваэнстацигонарном приближении расчитвна динамка порового днвлеш!я на фронта расплавления. С ростом зоны дегидратации давление сначала увеличивается, а затеи уменьшается. Для «алых ьримен г < 1; _ быстрое обрвзовяние пара (обусловленное

большой скоростью гшрецзщ_:!шя фронта дагвдратацлм) олеренает не-.*!) фиктивюй из-за малого гюропада даплогия сйрос газа в атмосфиру это приводит к уклотнош!» норового фл^де и возрастай!» давланйн система. Для врешон I > скорость фронта дпгаззфш быстр

падает, в то врс::я как стсагий интенсивным процосс ^¡льтрощи» ы> прекращается, пзкг». на варооняот пороаэа даьлшыс до гвдростатычес кого. В работа получены проотиа фориулы длл максимального давление и времени его досткаашш

Показано, что достижение давления в несколько кбар возможно пр! реальных значениях проницаемости к - м2. На основаши

расчетов и свидетольств одновременного существования Сааальтових I риолигових ыагм предложена гипотеза о выплавлении риолнтовых магм 4ормирушз:х субвулка!ичаскив интрузии, при внедрении Оааитовых та. мощностью 1-2 км на глубине Э-5 гаг (мощность расплавленного н; контакте слоя - 30-40 и).

ГЛАВА 2. ДКНАШНД ГРАНИТООБРАЗОВШИ В ОТКРЫТОЙ ннводонАодашоГз СИСТЕМЕ.

Ключэеш в проблаш гакеаиса корошх гранитоцдных. маги является вопрос о наличии или отсутствии прпвноса-шшоса вещества i зона псгиогешрац,:;:. Механизм призноса всцаства в зону иагногчии-ргзди исследовалась шюгнза; авторами. Необходимо однако подчеркнуть, что, насиотря не разнообразно подходов, на затрагивают^ лабо на находят убедительного решения две клзочэвш проблем поделай ыагиообразовакая в нвводонасащанной системаs

I. проблема мвааыизла, сбеапвчи&ахзцого эфранзпивную трона юр-тировну бодосодеряафх лшучих о «г* них уровней лтматическогс очага к фронту плавления.

II. условия и лвханизм поступления вобосоде ряащш. летуч их из глубинного источника & формирующуюся лаглжлтчъскуо талеру.

В работе отдельно проваден анализ варианта рааения двух сформу-лнровамал проблей на основе предлагаемой конвективно-диффузионной иодели транспорта вещества.

I. Цъмзишзм транапоршровт водосодермсецах летучих к фронту

лшлообразобанш.

Клгачавым иаганизиои, оОеспачмвзщки напротиворечивов решение проблемы цассопереноса, явля&тся конвзктивная диффузия, т.е. сочетание диффузда н конвективных двшгений видаости. Известно, что при

f

t;ua:aiKnoKL-f/íí-.i дптаегг:¿h наряду с тсплогл::..-:, зегрзста- v

wr .^■фЪу^югтич потока и- эсли пргз отсутствия Konseraçsi доКфуспгЯ L'en'о прш'гброЧ", то в услсн'.'лл развития копБэктгпзииг детпог^й DTCT гдэхггршм моссспороносп к>*ог гарчть опредэлямдую роль л нро-цзссэх нягтлтпиь Для елучял достятсп:о пнеокэ яадкгнтачэскоЗ rco?mcKirt''ï топлоотдтя С' гсриЕотгтяяъноЗ пспорл'.'сстл зерокторггсу-а-гсл ччплк: Нуссояьто

■ Fu 0,1 'Га0,3

ü лчссортацяа х:э oenosg подоОлл урззяэжа кслйэхтизнсО

Ьуя1 BJ п шазоктивпого -хепдосОггенэ оаэтен ляЭДуетсчгпЛ поток, о-т тей

я гсрпзаггольпоЛ noBspzirccwi i! чпелз Нуссэльга ддл д^лушпп 0.5

fïty, (K/D) '"fu (> 100Ru для деМ^зип водл) Здесь К - когффяаксит твшсратурспртаодностп.О - вогЗфщяент даф-рувнч, Пи ¡: (вР (ï'K-ïoc,)"bJ)'(Kv) - число Ргязя, v -г гстач;-,т:пос«:м зяагость- g -усксро::кэ споСоягюго подвгти, ß - пояффжгтпш' сОьетз-гагс ?спяочсго pocr-srpoir:;:. Т - тзгяеп-турл ш ко'.гтгпто с нстсчгщ-•м.'. -стя-з, 1 - тчгляерзтура -tsvpflpft Çssa, I/ - толста

{O«n»0KTtTpyrîpro с;лол.

Полета«» езкэтгздряомч попзолгвт сдалзть слэша скорости ¡срз»ге<ясвпя с-рспто ютояггся снзяачоското субстртг^ ко:ш"зкТ1гругзг.ти nsrcp paciwersizt. Покгзш»* тго с юааютаа^огзтзрпом пряб.ютеэкет asazrcs разлит«« регг.ткэ плэвяэпяя п orenerstetyn от тс?та>рсту--

m ft котт2г.7э с псхстпт«?<я» -?оплэ1

Рсгям i. Тс:"1срчтург! тп кеттзхто с готтагакоч топла Т,, боль-»

таиргтурч яг OD •ЮЛ- а ¡ягзтоятячпек»? услояялх Т (пря

vCfcïîr.îcrc rococo. шестая ü/Jc-ipsTa С )»

T!, % Т -'le "'V

- it аз оуОсчрат neonates прт coOctsskkc;? водссодпр,гл?сгь

бол!*;::? шрзгщга температур i) мэтгга г?

HCO^'Í» csvypocra гродглгячтэт çipoHra пгтяисгая ( »» ю ссд^год нря n:;:«xrn¡ рлеплтел I>«10'?, н » i а »/год прч г'ИО15 пуаз)

I Я, 7, < "Т .

h о

тестерашопгпиж! субстрата мазэт ' боть стзегэяя по ерэз-jarrina ti*>CS5D3 чо т^тторэтурз тадп-готал пря йодооодоргхагта J KOjmKïO г: KcrowBiitoM, В отсм случая отроептэлыю товвяикч ерзпа^ то»ичрэт?р о г.ояоек'Пфукгг'Я мзг;:э (:га болов д^сята градуса), П CiiUCOCfb ips.ïrrn ПЛЯЗЛЭ!ЗИЯ (ГМ два' порядка МШЛгТЗ, чем rrç-.i D.

Пз получошв« ссотношоияЭ слодуот, что'-для рвжаа 2 uasaizicM

конвективной диффузии достаточен для привноса компонентов на фро плавления и понижения тошературы плавления при налички соответст Еуидаго повышенного содержания этих компонентов в массе расплав: по сравнению с плавящимся субстратом. Для первого рвиша привно< компонентов на фронт плавления незначителен при любом их содержа шш в массе расплава.

II. Условия и мехаяизл поступления всдосодержащих летучих и глубинного источника в формирующуюся магматическую камеру.

Глубинные летучие могут транспортироваться через верхню мантию только механическим путем, и самым вероятным способом и транспортировки следует считать перенос магмами. В диссертаци показывается, что перемещение компонентов из ненасыщенной водо мантийной магмы в формирующийся над неб слой кислой магмы, причэ в таких количествах, что концентрация воды и каЛия в кислом расп лаве оказалась выше, чем в бвзитовом, может происходить под вли янием конвективной диффузии ведущей к установлен« "квазиравновесного" распределения компонентов между ними. "Квази-в том смысле, что оно существует только до момента полного смете ния по медленно диффундирустцим компонентам (так как пропадет воов ще какая - либо разница между расплавами), и "равновесное" - поте му что для бистро ди&фувдирупцих компонентов вырабатывайте коэфщиентъ! распределения, которые можно расчитывать методам равновесной термодинамики.

Для температур 700-850°С и давления 10 Кб« "квазиравновесные" весовые коэфициенты распределения между кисль и основным расплавами получаются равными для вода 1,2 - 1,5 и д> калия 1,5 - 2,0 в пользу кислого расплава. Таким образом, на ко£ такте с маловодным - I вас* Н^О - базальтовым расплавом будс равновесен кислый расплав с водосодержанием 1,5 вес* Н^О. Однакс при кристаллизации базальтовой магмы весовое водосодеркание остаточном расплаве будет расти обратно пропорционально объёмне доле этого расплава. Следовательно при раскристаллизации базальте вой магмы на 50% и 65Х водосодеркание остаточного расплава будет и 3 весХ соответственно, в равновесного с ним кислого расплаг будет 3-4,5 вес* соответственно. При гиперсолидусных параметр! базальтов в кислой магме с 3-4,5 вес* Н^О будут проктичас! отсутствовать кристаллы, следовательно расчитанные концентрат вода в расплаве будут валовыми для всей кислой мапш.

Описанный принцип выработки "квээиравновесного" распредели

ш концентраций на контакте двух ыага гюзат распространиться на 18сь объйы коквэкгнрущеЭ иагаатмчэской камеры. Вероятность этого ;си:с!!т от тегяа увеличения объйиа гранитной иагмы за счет прсдан-»¡ыя фронта плавлэшш и от интенсивности диффузионных потокоз :эраа границу раздела в условиях конвекции. Параметры нижнего «зэрвуара, определяемо условия пловления, оценивались с помощью ¡анемических балансовых расчетсп о использованием выведенных выше оотноиэний для дгффузионних м тепловых потоков. Ввделэны даа лучая!

A). вязкость базальтовой ыагмы ыного меньше вязкости кислого асплава.

В этой случае хорошо развитая конвекция в базальтовой иагиа риводот к установлении квазиравноваского распределения концентра-Кй во всэа пейвактнруищэа кгкерэ. Рзвгюаэсиэ кристаллов.о распла-си ео всей объбые грештноа ыаггш и на фронте плавленая сиаличес-ого субстратс будет реализоваться о условиях заданного хшдгческо-о потэнцаала води (который равен химическому потенциалу вода в расталдизундзОся базальтовой'иагыэ). Тагам образом здесь роалазу-тся плавление в открытой система - аллоиамческий анатэксис - б ермоданвиичэском сыысле в точности соотватствуидэе плавлению пря полна подананом поведэшш води (для описания системы долгой спользсваться потенциал Д.С.Коргшнсксго). Подобное поведение оает наблюдаться и для щелочных элементов, характеризующихся очта столь ге высокими коэффициента»« диффузии, как и вода.

B), вязкость базальтовой ыагаы много больиэ вязкости кислого асплава.

В этом случае недостаточно развитая конвекция в базальтовой агае не обеспечит достаточного прнвпоса компонентов в область агмогенарации для существенного изменения собственных концентра-ий плавящегося субстрата во всём кислом расплаве: реализуется давление в закрытой системе - изохимический енатексис.

Анализ полученных результатов и интерпретация на их основе меадихся геологических данных позволил накатить главные этапы в азвитии процесса формирования гранитоидаого машатического очага ад "головой" мантийного диапира. В заключении на основе анализа словий и последовательности формирования крупных автохтонных и араавтохтонных плутонов дана отличаоцаяся от традиционней интер-рвтация ряда важных в пэтрогенетическсы отношении фактов.

ГЛ4ВА 3. ДБУХФДЗСВДЯ КОНВЕКЦИЯ В КШШЗ ДЕКСТБУЩЕГС ВУЛКАНА.

С ыохсничоокоа тона! зракш с стой глава изучаете;; ойобщэше классичвокоЛ задала! о точаЕыи вязкой ^¡дкооя; в ячейка Хела-Шоу. Твполгя садкооть еаыадает лшзь часть тоу'а.иш адзоро, что перозд&ат №0 гршсщи раздола нсаду доуиа

В §1 приводится сбаор яптерзтдомг давних о росльностк двухфазовой конвекции в капало деСстиуацого вулкана - конвективных дгатошС, езлзанныа с шргвишзргггг распродолзгаш газовой фазы е кэдсоЛ ласа.

}2. Постановка вздачн.

Вулкен пааю предотеЕП-ь пак ¡л-гиатнчоскув кг: ирг (корцфоркйица очаг), соодокзнную о пс&йргносшо 8омла каналси. Прг: стацкоаариод истсгодзвх в г.жъля вудкЕШ вддоляаг ьзоколько зон.

Порвая - мевдг «агаатичсегссЗ кашрой к урсваьы гагооздэдашя. Сушась кронохадат гоиогонше тсчвша аггдаосяи, подосэдишюа газом.

Вторая - цакду уровней газоогде^сшгя и уровнои плотной упаковки пуыфьксв. Здзсь прспскодаг оОраосгккь'о газа е щдо отдоль-1ХЛ яугцридоей и рост сОыздазго г'саосодарасгшл, благодаря

седалгооз газа на раошшво и ушныкшиз ого шэткосги ¡зри пад.и^ давлаь^хя •

Пра откован» ободков, ванягых гаясвсв.» к ыдаой #гзэй, рвами «рзи (шы насколько больсо) вовлска*: два раггаш. .йзбо шруоз&тся сазсаксоть шпрвривпой фа^:? п обрезуоюя даспарскЕ^ региг: точеная вплоть до поверхкосгп, пгЛо дискретной сгаиэшгеес подаче газ.-. и

бЕрОиТСиЗЮМ рОСй» (СГрои'ЗОЛИВКСШЗК ВШГ.В^аСТЬ ).

В сбслх случаях сСрзаус-тсп газ о квпрзр^сгмЗ фаза и дагезкро-папная лова. Хягвлня лева иалт тонуть и, глубоко привязал во £1 аоау, взшзгть двухфазовую конбокщео. В работе в доуцгрпей повте-кэвка постановке ызучеэтея тачшыо во II зона.

§3. Слрсдз;.о;шй полл сиорсстей. Урсаиакяя Стоков иггеграруются но та-^аю взеоре к сводатсн- к система одкоцзршх; гкпарбойпгосигх урськгшй ка грегици рк^аяз,

54. Кз&ягдоаз££,:а мкмиайя гргли;!?.: Кослздуогся чногк!^: случгЛ а адш гр«гадс6 Н(п»'»>.

Ургкнэшю на H üusot ejд>

ЗН д

m * Ш(С(H).H)=0 С (H) гкээт CMÍC.1 сксрозтт: спуамкал днс.'фотпсЗ неззгазопскнсй сбласта как цалою (С(Н)<0) - сое. X иапфгнлгшга пвзрх. ¡С(й)| сначала рэств? о уиояпо¡ион И на insTopaaví ЮгЦ }, ватом5 посЛ-"гарса uiîtcia^'M L-^^-G (Иц,^). -Kam^safj rem дш rtiHg^-* riccxa нэкогорей рволэдкн преезволькоо начальной распределено рсспадотся ка ¿¿гстфэтшю с$л>кп-л постоянной тота^ши рэздэленше резгааа перрпадз'ет толцкш.

55. Структурнея устойчивость коггр!гурэ«?а о ыакашаяьиой скоростью (с=стах)

Пусть рертикалыеий рэгазр дазкраткоа сЗлсстой шото больст irrrp л~| ягхпяа. Виздг рз;глг~г.< скоростей о,"7!п область о порзштреш С,.-Я1 бу^ат догорягь ,яругу п сблгсть с ¡тйрглтлра'ш С.,, ïl?, (|01 |>|С2|). Пря crcaaioDGFfrj образуется гдаэ Л^С1фатиая с-Ллясть и шф-зпздга голвам. Cncpccrh pccnpocrpsraisin ciwrnci толаапя» neacrn-гс'лашой области С ¡тою н^п'н сэ -го-шого г°!'.он<г сохранен'! я t

Ojlig-Ogïip Ü^Cp

Результата стслкиогаиш! бу,тзт устаггогшокнэ по UC0U7 кгиелу 1:.7.»!с;?«яльно г-ег.чо-ппк к. кокзггфипгеп, что дасирзгшо сбра-

;»оа:;:гш с !1>И :гаустой>глпн.

ГГЛЛ

Гслсгант оргатаяция royifc^ontí iîgîeôkïî'ï будзт угодо» отря-цитэльгюго ргестод"» tips Цг-Д^ . 0ргашэс?5::г Apyr.ftí^QíToA msoKiçaî способствует yi,-si-;ur-Qi?ro ßöT'CJWCi'o расхода, вягксота и уиая!гчекио

^rp.'ítíy КГКЯН И ШКЖГОГ.ТЛ

03. Рнпвд оородн^нкиг тршшакхЗ и t'.suorow-.-r» рзоультотп.

Прч осрчд!?оггз: уртапчвгЯ по годною трепяни вог»2я:айт i.'p.^nv-¡•лутся спстг-м урйглг-лагЯ. Исюбходадо для за^зжлкяя e«s*e»«j уриз-нзпкй "syiiкхлЛ-ч полно. спрпдглгт, нсполг.зопяв ралягчедо» 'г.руктуру поля СКОрОСТС-ч1.

Я эвклйчетгао рл«;с:;отра!гч тяютерт рааультеш кеемдцспмгг» получолноД гшяспугсА систекц урчнизккГи ncreii&nsu дэялзяггя u ro.*;ir.~ лт пуж-на псе."1; згкуперга! горла, гашлэтггость !."звсргг»к?£я, п.":*"!'«

глава 4. иодвлировтв ДОПШШД В земной кокз

$1.Условие свободной позэрхдасты связенноз с возмакаостью изменения топографии в процессе тачаний вязких срад циеэт значение для широкого класса задач геологии н требует отдельного изучения. На основе аналога литература показывается, что необходимо развить метод решения данного класса задач в рамках классического метода конечна! элементов с лвдо прдсутствукцей свободной поверхность». Наобходамо такзда провести тестирование приближенных методов расчета топографии для отрада легсш области ш применения.

§2. Двумерная коначно-элашнтная программа для цоделзроааная медленных течений сильно неоднородной среды со свободной вархнаЗ границей.

Наиболее предпочтительный длл неоднородных срад является метод коначкл элементов. Основной проблемой является удовлетЕорэ-ние неудобному с точки зрения численных методов условию насазшае-мости. В начале параграфа проведгн обзор методов релекий уравнэшй Стокса, обоснован шбор элемента и штод удовлетворения условы» насаиыаеиости.

Конечно-злемэнтная програша была написана Ю.Ю.Подладчиковым и А.Н.Поляковым ы состоит ыз двух модулзй.

Первый модуль позволяет рассчитывать пола скоростей при известных полях вязкостк и плотности. Для ратания уравнения Стокса использована классическая смешанная схема с треугольным элементом. Этот элемент включает два набора базисных функций: разрывные первого порядка для описания поля давления и непрерывные второго порядка для описания поля скоростей. Метод Голеркина использован для сведения уравнения Стокса к система линейных уравнений с симметричной неположительно определенной матрицей. Эта система решалась параллельно со сборкой матрицы фронтальным мэтодом, с использованием двойное точности (относительная погрешность решения системы линейных уравнений равна чЮ"9). Для улучшения дивергенции использовалось шкалирование давления.

Второй модуль позволяет рассчитывать эволюцию вязкости и плотности при известном поле скоростей с помощь» метода характеристик. Чтобы предотвратить численную диффузии использовалось большое число маркеров. Для перемещения каждого маркера в соответствии с уравнением характеристик использовался метод Рукге-Кута. Затем

плотность и вязкость интерполировались в точга: кнтегрнровакгш коночных элементов для продолгания расчетов поля скорости на новей шаге по времени. Для сохранения детальной информации о полях плотности и вязкости при интерполядаи на грубую сетку конечных элементов использовалась формула интегрирования высокого порядка (13 узлов).

Результаты расчетов. В качестве модельной была выбрана задача Рэлей-Тэйлсровсков неустойчивости плоского слоя плотностью 2,2 толщиной 1/3, лежащего под слоем с плотностью 2,6 и толщиной 2/3. Все величины были обэз-

Р'«Ьг

размерены на основе характерного масштаба скорости - -, длины

И

- I,, плотности- р. Здесь I» - сумма толщин двух слоев, g - ускорение свободного падания, р = 1 г/см3, ц. - динамическая вязкость нижнего слоя.

Безразмерными параметрами задачи являются отношения вязкостей Ц р Ь

плотностей и толщины верхнего слоя к нижнему с°. В расчете

в И 7 р 2,6 в

были фиксированы" - и -» -. Отношение вязкостей варьирова-

пв 3 рв 2,2

лось. Для К8вдого отношения вязкостей вычислялась характеристическая длина волны (наиболее быстро растущая мода) по аналитическим формулам Рамберга. Начальная геометрия области бралась прямоуголь-. ной с горизонтальным размером равным половине характеристической длины волны и вертикальным размером равным I в соответствии с обезразмериваниам. На боковых границах принимались условия симметрии, на нижней границе принималось условие прилипания. Сравнивались расчеты для двух граничных условий на верхней границе: Задача I. Условие свободной поверхности. Задача 2. Условие скольжения. с

Для задачи I динамике верхней границы у«Н(х^) расчитывалась непосредственно из кинематического граничного условия на свободной поверхности. Для задачи 2 использовалась приближенная формула: Н=оуу/ро. Амплитуда начального косинусоидального возмущения бралась равной 0.01-0.02, что гарантировало применимость линейной теории на начальной стадии.

Ра&ттакы эволюция максимальной высоты диапира, максимальной высоты поднятия поверхности над диапиром, максимальной скорости на поверхности диапира и максимальной скорости на верхней поверхности и проведено сравнение с аналитическими расчетами Рамберга. Из

рисунков ВЯ5НР удовлетворительная согласованность внвлитпчаскаж к числэнаых результатов дс Сезраэкзрных Брк;ен 1Б0 кзсаотря на осц'.:-ляц5ш скоростей вэрхнэй поверхности в чзгслегсзо:л счета в окрестности аналитического решения.

Iip*i сравношвт рзэультатов расчэто дпнгапия верхней грэнэдз для задета I и задачи 2 поивзанн внататвлыка колмчэствокннэ расломдэшя п хорааее качестзэкпое сожзддшэ розулътатез.

Продэнонстр5гроват:а точность рзз<.:аОстс:вг1го иотодо по зсспрэ-изаедэни» сюшэтричгаи структур^

образом, полно отыгтитъ удовлатворттельную тонкость разработанного мотодо к непрпезиламосгь количественных оцэиок отклонений верхней границы нл сснсво более простих расчетов в области с фжсировашой вэрж-г-й граяицой.

ш. оснсачкз р^ультдта и шведа

1, Првдлочаш формула для расчэтя сйъё:юв расплавлсшл сипллческо-го субстрата с висо;зим зодосодорспмгад г<ри сяодрслга oass'icrsre

расплавов но малых глубинах,

2, PadWraan скорость перьисцзгаи! б-рои'.'в ияйвл*апя сг-гишчэского субстрате над коивэктиругап« рэоплгвш. Получом таашл пзроряс-прэдалвнил быстро диЗфувдир/м^д когшелюитод икед- ¿¿у/.я хонзгкта-рухпзагя расплаздас! (вдреви-г и twmrbmLZJ).

0„ Доказано, что среди каполь тягздгаЗ гзодхш! различней' тоиупль •гонувди в плоском вор шкальной хгаколс-< с пзиулозан рпегодо:.: легкой зидкоотя чарэз сочэлзе, копзчио--акплигудпой усзоОдозгсх» сбладтаг только капля, хоиудаа о чтхцкальяоа 'jr.opo.;-«,»,

Покяэянэ рэвлм.-ость деухфзаовой исивта^-м с кгдодэ лавогэухх&го вулканл « вывэдош осреднэшы.» по толцкнэ ковале ./равпошл длд ctnacoiain тэшыый с вертяг.альншгл гржбщ%« рвадгяз. о, Исодэдозаиэ прсЗлэяв чг.слэшгаго яодолировагсш дауморных точиый пысоковязких срод со свободной 36ps;i.3il гретищсЛ, fipoiyiaxBti J! рэя-янооваи »и ЭЕЗ визокоточкй метод рвечотз» Цокязвич об'ляегь прима-шмссти прмЗлггсэнзш* ;мтодвк.

Автор Олагодарлг чй. кор. А11 ссср, доктор о ф^з.-мот. иаув В.П.Млс«нкоза за нпучяоз руксаздотэо работой, доя-тора гаол.-^вз:!, наук Б.А.Ли гвановского за ирэдос саваениа мпогоадслоит геологи-4bcxmz материалов н ссэаэстнузд работу над icki, с т;у.хг. Д.Н.Поля-

í'.cüd за соинясткую работу над конично-алакоипюЛ програш.гсД.

Успоию^у шиолшнню диссертации способствовали даскуссми с Л.Л.Перчуксм, Л.Я.Арзнавичгм, А.А.Сеьельевым, В.Е.Фадеевым, С.Н.Соболоыл!, М.Я.£рэн:«эле ц, И.Н.Биндаызпои, Д..Г. Симшшным.

Литер блягодярен проф. A.A. Кядцку п участниккм ьго семинара и ГЕОХИ ЛИ СССР, и такт проф. Р.М.Горбачову и проф. С.Еикхзиу (S.VVlcKham) за критической обсуждение подали гранитооОразооання.

Автор благодарен я.ф.-м.н. З.Л.Новикову и к.ф.-ы.н. В.А.Ля-ховскому за помощь при разработка конэчно-элцментноа программы.

IV. CrilíCOK РАБОТ ПО ТЕМЕ ДЦССКРТЩШ

1. Литвнновскна S.A., Подладчикои Ю.Ю. Дншлгша плавлетш гагслых вуямкетоз в контакте с Сзаитоаикн дайками. -Доил. АН СССР, IS89, Г.Э06, т, с. 948-952.

2. Лнтнэтюаскнй Б.Л., Подладчикоз Ю.Ю., З&наилевнч В.А., Дуничвв S.U. Плавлегпя кислых вулкашггов а контакта с базальтовой мягмсЛ на цэлых глубинах. -Геохюаш, 1ЭЭ0, It6, 0.607-814.

3. Bolehol, A. ела Podaladchikov, Yu., Di&plricm and non- llnoary daíonned topography. -University oí Minnesota, Suporccmputsr Instituía, Research Report. UMSI 91/74 üitroh 1991, 26 pp.

4. Litvinovsky B.¿. and Yu.Yu.PoülBdchllíov. Crustal anatexio during the lnllux mantle oí vlolatlles. -Xlthoa, 1991, (n печати)

5. В.П.Кясиикои., Й.Ю.Подладчяков. Двухфаасная конвекция в канале действующего вулкана. -Тезисы докладсо Второго Всесоюзного симпозиума "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии", Ялта,29 ноября- 3 декабря, 1987.

з. Лит&нновскип Б.А., Подладчиков Ю.Ю., Дуыгсан В.М. Динамика плавления кислых пирокластов в контакте с базитовныи дайками. Информация о новых окспернменгальных работах в области геохимии глубинных процессов. -йхэгодний caicnmp экспериментаторов. Москва, 5-6 апреля, 1988. (тезисы докладов)

Литвлновекиа Б.А., Подладчикоц Ю.Ю. Динамика выплавления кислых наги в условиях лимитированного притока глубинных флшдов. Информация о новых экспериманчальных работах а области геохимии глубинных процессов. -Вкего.яныЯ семинup экспериментаторов. Москва, 6-6 апреля', I9&8. (тезисы докладоь) . Новиков В.Л., Нодладчиков Ю.Ю., Литпмновский S.A. Динемика

tiani00cöpsj303Eiü5)i в открытой ¡юзоломседзнасЗ систеиз. -Тагиси докладоз Еторого Есзссгааого соввцагая "Ъ.аи'ло- химическое иодэкгрэЕШно в гсо2Холз1 и петрологга; на ЗЕМ", Иркутск , 27-29 сентября, iBÖQ.

9. Podlndcfclltov Yu.Yu. and Polyal'.ov Д.1!. Мшкэг1са1 circulation ol ncn-Ncwton llow and its Implication to alapiriEn problem In Geology., -Collfiction ol Abatracta lor the "International ccnfaruicu on liüchanlct! of Jointas! awl iaultod rcclt", April 18-20, 19S0, Vienna, Austria.

10. PolyalTOV L.U. tmi2 Podlbucblkov Yu.Yu. liunarioal elrulatlcn oi fi&loigh- Taylor lnstcDlllty v.'llh ix-eo sarJaco boundary and lt'a JUnplloailon tu iithocphare dyns-nica. -Program and atetracts "IE International confcronce on liathcmitlcal Gcophyolce", Juris, 1990, Ieruaalim, Israal.

11. Polyakov l.H., Podladchltov Yu.i'u. Influence oi th-ч topography on Шь üynamlcs Oi t&a dlapiric ßroi.tU. -Aba tracts with Pro£roiK3 Tris C&oiog'lcai Socio ly* ol ¿i.rjrlca, 1590 Annual feetlns", Dallas, Тагов, October 2S - i!ovcr,;bsr 1, IS90.

I ^ <

J