Geodynamic modeling of the process of formation and evolution of lithospheric structures: experience of Schmidt institute of physics of the earth RAS

Cover Page

Abstract


Key results of numerical geodynamic modeling of the structures of the lithosphere at the Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences are presented. Even in the very first models, the aim of these studies was to describe the time evolution of the boundaries of the layers composing the geological structures which is required for correlating the modeling results to the geological and geophysical data. In 1983, the equation of motion for the upper boundary of the model was complemented by the allowance of sedimentation and erosion. This equation provided the basis for building the geodynamic models of the formation of various types of sedimentary basins and made it possible to mathematically analyze the problem of estimating the rates of paleotectonic movements from thickness, age, and facies composition of sedimentary layers.

New data on the formation and evolution processes of large-scale tectonic structures are obtained in the model of a rheologically stratified Earth’s boundary layer, asymptotically linked to mantle convection model. In particular, the role of the small-scale convection in the formation of lithospheric structures in the tectonic settings of extension and compression has been explored. The numerical results clearly demonstrate the key role of the small-scale asthenospheric convection in sedimentary basin formation (post-rift, on passive continental margins, in foredeep basins). The constructed models served as the basis for interpretation of heterogeneous geological and geophysical data in the context of geodynamic models. The examples of statement of inverse problems are presented and the relevant bibliography is provided.


V. O. Mikhailov

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: mikh@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia; 1, Leninskie gory, Moscow, 119991

E. P. Timoshkina

Institute of the Earth Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: mikh@ifz.ru

Russian Federation, Bolshaya Gruzinskaya str., 10-1, Moscow 123242, Russia

  1. Гордин В.М., Занемонец В.Б., Михайлов В.О., Мясников В.П. Механическое моделирование процессов формирования структур земной коры при геологическом истолковании гравитационных аномалий // Изв. АН УССР. Сер. Геофизический сборник. 1978. Вып. 81. С. 1–27.
  2. Занемонец В.Б., Михайлов В.О., Мясников В.П. Механическая модель образования глыбовой складчатости // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1976. № 10. С. 13–23.
  3. Михайлов В.О., Диаман М., Любушин А.А., Тимошкина Е.П., Хайретдинов С.А. Крупномасштабный асейсмический крип в областях сильных землетрясений по данным спутников ГРЕЙС о временных вариациях гравитационного поля // Физика Земли. 2016. № 5. С. 70–81.
  4. Михайлов В.О. Математическая модель образования осадочных бассейнов на континентальных окраинах атлантического типа. Строение и динамика зон перехода от континента к океану. М.: Наука. 1986. С. 89–96.
  5. Михайлов В.О. Математическая модель эволюции структур, формирующихся в результате вертикальных движений // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1983. № 6. С. 3–18.
  6. Михайлов В.О. Математический метод решения задачи палеотектонического анализа // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. № 3. 1989. С. 78–90.
  7. Михайлов В.О. Моделирование процессов растяжения и сжатия литосферы внутриплитными силами // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. 1999. № 3. С. 71–81.
  8. Михайлов В.О., Гордин В.М., Тимошкина Е.П., Киселева Е.А., Смольянинова Е.И. Геодинамические модели и их применение при совместной интерпретации геологических и геофизических данных // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. 2007. № 1. С. 4–15.
  9. Михайлов В.О., Мясников В.П., Тимошкина Е.П. Динамика эволюции поверхностной оболочки Земли под воздействием процессов растяжения и сжатия // Физика Земли. 1996. № 6. С. 30–37.
  10. Михайлов В.О., Назарян А.Н., Смирнов В.Б., Диаман М., Шапиро Н., Киселева Е.А., Тихоцкий С.А., Поляков С.А., Смольянинова Е.И., Тимошкина Е.П. Совместная интерпретация данных дифференциальной спутниковой интерферометрии и GPS на примере Алтайского (Чуйского) землетрясения 27.09.2003 // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. 2010. № 2. С. 3–16.
  11. Михайлов В.О., Тимошкина Е.П. Анализ данных по хребту Гаккеля на основе термической модели океанической рифтовой зоны // Докл. РАН. 1993. Т. 331. С. 497–499.
  12. Мясников В.П., Михайлов В.О., Тимошкина Е.П. К вопросу о взаимодействии мантии с реологически расслоен¬ной поверхностной оболочкой Земли // Докл. РАН. 1993. Т. 330. С. 771–773.
  13. Мясников В.П., Савушкин В.Д. Метод малого параметра в гидродинамической модели эволюции Земли // Докл. АН СССР. 1978. Т. 238. № 5. С. 1083–1086.
  14. Мясников В.П., Фадеев В.Е. Модель эволюции Земли и планет земной группы. М.: ВИНИТИ. Сер. Итоги науки. 1980. Т. 5. 232 с.
  15. Тимошкина Е.П. Математическая модель эволюции реологически расслоенной поверхностной оболочки Земли. Автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: ОИФЗ РАН. 1998. С. 25.
  16. Тимошкина Е.П., Леонов Ю.Г., Михайлов В.О. Формирование системы ороген – предгорный прогиб: геодинамическая модель и ее сопоставление с данными по Северному Предкавказью // Геотектоника. 2010. № 5. С. 3–20.
  17. Braun J., Beaumont C. A physical explanation of the relation¬ship between flank uplifts and the breakup unconformity at rifted continental margins // Geology. 1989. V. 17. P. 760–764.
  18. McKenzie D.P. Some remarks on the development of sedimentary basins // Earth and Planetary Sci. Lett. 1978. V. 40. P. 25–31.
  19. Mikhailov V., Lyakhovsky V., Panet I., van Dinther Y., Diament M., Gerya T., deViron O., Timoshkina E. Numerical modelling of postseismic rupture propagation after the Sumatra 26.12.2004 earthquake constrained by GRACE gravity data // Geophysical Journal International. 2013. V. 194 Is. 2. P. 640–650. doi: 10.1093/gji/ggt145
  20. Mikhailov V., Stephenson R., Diament M. Modelling of compression and extension of the continental lithosphere: towards rehabilitation of the necking-level model // Journal of Geodynamics. 2010. V. 50. P. 368–380. doi: 10.1016/j.jog.2010.04.007
  21. Mikhailov V.O. A method to solve paleotectonic analysis problem // Mathematical Geolgy. 1993b. V. 25. № 7. P. 949–961.
  22. Mikhailov V.O. Crustal control on the Terek-Caspian trough evolution: constraints based on a new paleotectonic analysis method // Tectonophysics. 1993a. V. 228. P. 21–32.
  23. Mikhailov V.O., Panina L.V., Polino R., Koronovsky N.V., Kiseleva E.A., Klavdieva N.A. Evolution of the North Caucasus foredeep: constrains based on the subsidence curves analysis // Tectonophysics. 1999b. V. 308. P. 361–380.
  24. Mikhailov V.O., Timoshkina E.P., Polino R. Foredeep basins: the main features and model of formation // Tectonophysics. 1999a. V. 308. P. 345–360.
  25. Pollitz F.F. Gravitational-viscoelastic postseismic relaxation on a layered spherical Earth // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 17,921–17,941.
  26. Pollitz F.F. Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical Earth // Geophys. J. Int. 1996. V. 125. P. 1–14.
  27. Price R.A. Large-scale gravitational flow of supracrustal rocks, southern Canadian Rockies / de Jong K.A. and Scholten R. (Ed.). Gravity and tectonics. 1973. P. 491–502.
  28. Ranalli G. Rheology of the Earth. Springer Science & Business Media. 1995.
  29. Smolyaninova E.I., Mikhailov V.O., Lyakhovsky V.A. Numerical modelling of regional neotectonic movements in the northern Black sea // Tectonophysics. 1996. V. 266. P. 221–231.
  30. Waltham D. Mathematical modelling of sedimentary basin processes // Marine and Petroleum Geology. 1992. V. 9. P. 265–273.

Views

Abstract - 58

PDF (Russian) - 83

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Российская академия наук

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies