Роль плавления в структурообразовании: аналоговый тектонофизический эксперимент

А.Б.Кирмасов

Тектонофизические эксперимент с использованием эквивалентных материалов позволяют исследовать многие закономерности образвоания различных геологических структур. Как правило, геологическое время (многие миллионы лет), требуемое для образования геологических структур в природе, в модели соответствует минутам, иногда часам, а размеры природных объектов (десятки, а иногда сотни и тысячи километров) моделируются в установках, размеры которых не превышают первые десятки см. Такое "несоответствие" уравновешивается применением материалов, свойства которых (прежде всего вязкость) на несколько порядков отличаются от реальных горных пород. В качестве таких эквивалентных материалов применяют глину, песчано-солидоловые смеси и некоторые другие вещества.

В экспериментах, выполненных J. Barraud с соавторами (Barraud, J., Gardien, V., Allemand, P. and Grandjean, P., 2001. Analog modelling of melt segregation and migration during deformation. Physics and Chemistry of the Earth Part A 26, 317-323, *.pdf), для изучения деформации в мигматитах используется частично расплавленный воск. В различных опытах сравнивались результаты по деформации модели без плавления и с различной степенью участия расплавленного материала при укорочения модели и смятии.

В качестве материала использовался микрозернистый воск и крупнозернистый парафин, которые пластичны при температуре выше 30^oC, но при компнатной температуре ведут себя как хрупкие вещества. Воск имеет более сложное, многокомпонентное строение, чем парафин. Наиболее легкие компоненты воска начинают плавиться при температуре около 40^oC. Уже при 60^oC воск представляет собой вещество, состоящее из жидкой подвижной фазы и твердой вязкой фазы. Свыше 80^oC воск испытывает полное плавление. Эти свойства воска позволяют использовать его для аналогового моделирования частично раплавленных пород.

http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1166357&uri=exp42.aviМодель с частичным плавлением. Модель из 12 слоев общей мощностью 64 мм. Количество расплава около 28%.

http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1166357&uri=exp44.aviМодель без плавления. Модель из 13 слоев общей мощностью 68 мм.

Сравнение экспериментов без расплава и с участием расплавной фазы позволяет понять роль плавления. Утолщение, особенно в левой части модели, у активного штампа, более проявлено в экперименте без плавления, поскольку не происходит изменения объема за счет удаления, выдавливания расплавленного материала. В эксперименте без расплава слои ведут себя как относительно "монолитная" пачка слоев, испытывающая флексурообразное изгибание. Появление расплавной фазы создает дополнительную расслоенность деформируемого объема, в котором за счет этого происходит образование целой серии малоамплитудных складок. Т.е., условия, которые в традиционных экспериментах по моделированию складок задаются уменьшением мощности слоев, в данном случае реализуются за счет плавления.