Historia de la evolución reológica térmica de la litosfera

Utilizamos un modelo de extensión bidimensional de múltiples etapas para simular la historia de la evolución térmica cenozoica de la cuenca del Mar de China Meridional. El modelo de extensión de múltiples etapas (corte puro) simula la historia de evolución del campo de temperatura y el flujo de calor en el tiempo y el espacio durante la formación y evolución de la cuenca resolviendo la ecuación bidimensional de conducción de calor (4.4) a escala litosférica. El método de investigación consiste en utilizar el método de elementos finitos para describir la evolución de la forma del modelo (formaciones rocosas, cuencas) a través de los cambios en el desplazamiento de los nodos de la cuadrícula en el sistema de coordenadas lagrangianos; la evolución de la temperatura del modelo se describe mediante el; temperatura del nodo, reproduciendo así dinámicamente el modelo en lagrangiano Historia de la evolución estructural y térmica durante el proceso de elongación.

Estructura tridimensional y evolución de la litosfera en el Mar de China Meridional

Donde t es la temperatura (k), k es la conductividad térmica (W/m·k), y ρ es la densidad (kg/m3), c es la capacidad calorífica específica [j/(kg·k)], t es el tiempo (s) y q es la fuente de calor (W/m3). Las condiciones de contorno utilizadas en el modelo son: temperatura límite superior T0 = 0 ℃, profundidad Z = 0 km, temperatura límite inferior Tm = 1330 ℃, profundidad Z = 125 km y límite lateral adiabático.

El campo de temperatura original del modelo (el campo de temperatura inicial del primer tramo) es un campo de estado estacionario. Teniendo en cuenta los ciclos múltiples y la heredabilidad del estiramiento, el campo de temperatura inicial del estiramiento posterior es el campo de temperatura al final del estiramiento inicial (generalmente una distribución inestable). El modelo supone que la temperatura a una cierta profundidad correspondiente al espesor inicial de la capa de roca es fija. Al dividir la cuadrícula, se reserva una cuadrícula en el límite inferior del modelo (el límite inferior de la capa de roca coincide con el fondo). límite del modelo en el estado inicial). A medida que la litosfera se estira y adelgaza, su base aumenta, pero la base del modelo permanece sin cambios. El modo de tasa de estiramiento es un modo de estiramiento uniformemente desacelerado. El coeficiente de tracción se calcula mediante el método de ajuste con asentamiento estructural, es decir, el coeficiente de tracción de diferentes bloques en cada etapa del perfil se obtiene ajustando con el asentamiento estructural total en cada etapa evolutiva.

La simulación de la historia de la evolución térmica de la litosfera se basa en su historia de evolución tectónica. El Mar de China Meridional ha experimentado múltiples etapas de movimientos tectónicos en el Cenozoico. Todavía hay desacuerdos sobre las etapas y tiempos de los movimientos tectónicos, especialmente si ha habido movimientos tectónicos regionales desde el Mioceno. Basándose en el análisis de perfiles sísmicos y datos de pozos, Yao Bochu y otros (1994) creían que el Mar de China Meridional experimentó el Cretácico tardío (alrededor de 65 Ma), el Eoceno temprano (alrededor de 54 Ma), el Oligoceno temprano (alrededor de 36 Ma). Ma), y la Extensión en el Mioceno medio (aproximadamente 15,2 Ma) y Plioceno (aproximadamente 5,2 Ma). Según el modelo de extensión de cuatro etapas propuesto por Yao Bochu, combinado con la historia de subsidencia estructural calculada a partir de datos de perforación y extracción del perfil sísmico, se simuló y calculó la historia de evolución térmica del perfil geológico occidental. Para facilitar la discusión, elegimos ESP12 (ubicado en Zhusan Sag de la cuenca de la desembocadura del río Perla) y ESP16 (ubicado en el centro de Xisha Trough) como ejemplos para discusión.

A través del ajuste con el asentamiento estructural en cada período, los coeficientes de tracción de dos puntos en cada período se muestran en la Tabla 4.2. ESP12, ubicado en la cuenca de la desembocadura del río Pearl, experimentó un fuerte estiramiento a principios del Cenozoico. El coeficiente de estiramiento en la primera etapa fue de 1,25. La resistencia a la tracción se debilitó significativamente en las etapas evolutivas posteriores. estiramiento total experimentado en el Cenozoico El coeficiente es 1. El proceso de estiramiento del ESP16 en la nueva generación es obviamente diferente al del ESP12. Su resistencia a la tracción es muy débil a principios del Cenozoico y aumentó mucho en el período posterior. Los coeficientes de tracción de la segunda y tercera fase son 1,675 y 1,385 respectivamente. Experimenta un factor de estiramiento total de 2,74, que es mucho mayor que la resistencia a la tracción experimentada por el ESP12. Dos procesos de estiramiento obviamente diferentes deben conducir a historias de evolución termo-reológica obviamente diferentes.

Tabla 4.2 Coeficiente de estiramiento 4.2 ESP12 y ESP16 en varios períodos

Nota: E es el período de estiramiento; s es el período de asentamiento por calor.

Los resultados de la simulación muestran que el flujo de calor basal de ESP12 no cambió mucho durante la evolución cenozoica (Figura 4.7). Aunque experimentó un fuerte estiramiento en la primera etapa, no indujo un flujo de calor anormal significativo en el sustrato debido a la larga duración del estiramiento. En las etapas de evolución posteriores, debido al pequeño coeficiente de estiramiento, el flujo de calor basal nunca aumenta significativamente, pero no es muy diferente del flujo de calor inicial. Este no es el caso del ESP16. A medida que aumenta la resistencia a la tracción y se acorta la duración de la tracción, el flujo de calor del sustrato aumenta rápidamente en el último período, mostrando las características de calentamiento gradual.

Figura 4.7 Historia de la evolución del flujo de calor cenozoico de ESP12 y ESP16 en las secciones geológicas occidentales.

4.2.2 Historia de la evolución reológica de la litosfera

Con base en los resultados de la simulación de la evolución térmica, las características de la evolución reológica de la litosfera de la etapa de evolución extensional de múltiples etapas del Cenozoico de la sección geológica en el oeste Se simuló el Mar de China Meridional. El modelo reológico en capas litosféricas todavía se utiliza para construir la envoltura de resistencia litosférica, es decir, la corteza superior, la corteza inferior y el manto superior están representados por diorita de cuarzo higroscópica y peridotita. La magnitud de la tasa de deformación durante el período de estiramiento está determinada por el coeficiente de estiramiento (Karner et al., 1992):

Estructura tridimensional y evolución de la litosfera en el Mar de China Meridional

Bajo la condición de tasa constante, la fórmula anterior se convierte en ε*(i,t)=U0(i)/L(i,t), donde U0(i) es la tasa de estiramiento de la I-ésima unidad estructural en la sección transversal, y L (i, t) es t La longitud de la I-ésima unidad estructural en este momento Dado que elegimos el modelo de tracción de desaceleración uniforme (he et al., 2001), la fórmula de cálculo del. la velocidad de deformación se modifica a ε*(i, t)=U(i, t)/L (i, t..

La velocidad de deformación en la última etapa de la fractura por tracción es artificial, algunas son más que 10-15s-1, y algunos son 10-16s-1 o 17s. Considerando la tasa de deformación de la cuenca en el período de extensión. Generalmente, es 10-15s-1 la tasa de deformación inicial, la tasa de deformación posterior a la extensión y. La tasa de deformación actual es 10-17s-1.

En comparación con la envolvente de límite elástico, la resistencia total de la litosfera se puede cuantificar. Refleja la capacidad de la litosfera para resistir fuerzas tectónicas. En la evolución de la cuenca, la fuerza total de la litosfera está relacionada con los cambios en la tasa de deformación, el campo de temperatura y el espesor de la corteza y el manto superior. La fuerza de la litosfera es muy sensible a la tasa de deformación instantánea. cuanto más débil es la fuerza; cuanto menor es la proporción de la corteza con respecto al espesor de toda la litosfera, mayor es la fuerza. Por lo tanto, bajo el efecto combinado de estos factores que se anulan mutuamente, la fuerza total de la litosfera es constante. p>

Durante el período de extensión, el cambio en la fuerza total de la litosfera está estrechamente relacionado con la tasa de deformación. Al comienzo de cada período de extensión, hay un aumento instantáneo en la fuerza total de la litosfera. Figura 4.7). Posteriormente, durante todo el proceso de estiramiento, debido a la disminución gradual de la velocidad de deformación y al aumento continuo de la temperatura, la resistencia total está en un estado de decadencia. La curva de la Figura 4.8 puede reflejar claramente el efecto de. la tasa de deformación en la litosfera total El cambio de la fuerza total de la litosfera durante el período de extensión está estrechamente relacionado con la tasa de extensión y el campo de temperatura, y su patrón de cambio es relativamente complejo, aunque la fuerza total disminuye durante el período de extensión. numéricamente, la resistencia total de la litosfera disminuye en la etapa inicial de extensión, es mayor que la resistencia inicial antes de la extensión, y solo en el último período de extensión es menor que la resistencia inicial antes de la extensión, en la etapa de postensado. el cambio en la fuerza total de la litosfera solo está relacionado con el campo de temperatura. A medida que la litosfera se enfría, la fuerza total aumenta gradualmente y si se puede restaurar la fuerza total antes del estiramiento depende del tiempo de enfriamiento después del estiramiento. de la evolución de la fuerza litosférica de ESP12 y ESP16, aunque la fuerza de la litosfera en la que se encuentran tiene una tendencia a la baja durante la evolución cenozoica, la disminución de la fuerza litosférica de ESP12 ocurrió principalmente a principios del Cenozoico, mientras que la disminución de la fuerza litosférica La fuerza de ESP16 ocurrió principalmente a finales del Cenozoico.

Figura 4.8 Historia de la evolución de la fuerza litosférica del Cenozoico de ESP12 y ESP16 en la sección geológica occidental.