Heat Flow of Continental Rift Zones: A New Approach to Data Evaluation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The features of heat flow distribution in some rift zones are considered, namely: the Baikal rift zone, the Shanxi–Liaohe rift, the Jordan rift, the Orel Trough (Sture) in the north of the Svalbard plate, as well as the rift zone of Iceland. Heat flow asymmetry relative to the rift centerline is also noted against the increased heat flow background in the rift zone compared to adjacent areas. The nature of such asymmetry is connected not only with the different faults permeability on the sides but also with planetary factors – forces acting on a rotating planet, in particular, with the Coriolis force. Heat flow increase on the eastern flanks compared with the western flanks in the considered rifts of the meridional strike is consistent with the Coriolis force vector in the Earth Northern Hemisphere.

About the authors

M. D. Khutorskoy

Geological Institute RAS

Author for correspondence.
Email: mdkh1@yandex.ru
Russian Federation, Pyzhevsky lane, 7, bld. 1, Moscow, 119017

E. A. Teveleva

Geological Institute RAS

Email: mdkh1@yandex.ru
Russian Federation, Pyzhevsky lane, 7, bld. 1, Moscow, 119017

References

  1. Богданов Н.А. Тектоника Арктического океана // Геотектоника. 2004. № 3. С. 13–30.
  2. Гидрогеология, инженерная геология, геоморфология архипелага Шпицберген / Под ред. Я.В. Неизвестнова и Д.В. Семевского. Л.: Севморгеология, 1983. 82 с.
  3. Глебовский В.Ю., Каминский В.Д., Осипов В.А. Структура аномального магнитного поля от срединного хребта до Ангольского шельфа // Литосфера Ангольской котловины и восточного склона Южно-Атлантического хребта / Под ред. Ю.Е. Погребицкого. Л.: ВНИИОкеангеология, 1986. С. 70–80.
  4. Голубев В.А. Геотермия Байкала. Новосибирск: Наука, 1982. 150 с.
  5. Голубев В.А., Лысак С.В., Дорофеева Р.П. Тепловой поток Байкальской рифтовой зоны // Тепловое поле недр Сибири. Новосибирск: Наука, 1987. С. 121–137.
  6. Евдокимов А.Н. Вулканы Шпицбергена. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2000. 123 с.
  7. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР (в 2-х томах). М.: Недра, 1990. 680 с.
  8. Зорин Ю.А. Об аномальной мантии и температурном режиме земной коры в Байкальской рифтовой зоне // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1979. № 9. С. 37–43.
  9. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС, 2016. 424 с.
  10. Крапивнер Р.Б. Признаки неотектонической активизации Баренцевоморского шельфа // Геотектоника. 2007. № 2. С. 73–89.
  11. Лысак С.В. Термальная эволюция, геодинамика и современная геотермальная активность литосферы Китая // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 9. С. 1058–1071.
  12. Мащенков С.П., Погребицкий Ю.Е. Симметрия и асимметрия САХ по материалам комплексных геофизических исследований на атлантических геотраверсах // Геология и минеральные ресурсы Мирового океана. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1995. С. 64–79.
  13. Милановский Е.Е. Основные проблемы изучения рифтогенеза // Континентальный и океанский рифтогенез. М.: Наука, 1985. С. 5–29.
  14. Милановский Е.Е. Основные этапы рифтогенеза на территории Китая // Тр. Межведомственного геофизического комитета. М., 1991. 148 с.
  15. Мусатов Е.Е. Геоморфология северной окраины Баренцевоморского шельфа между архипелагами Шпицберген и Земля Франца-Иосифа // Геоморфология. 1997. № 1. С. 72–77.
  16. Мусатов Е.Е. Неотектоническая структура // Геология и полезные ископаемые России. Т. 5. Кн. 1. Арктические моря. СПб.: ВСЕГЕИ, 2004. С. 26–31.
  17. Нарышкин Г.Д., Погребицкий Ю.Е. Морфоструктура дна Юго-Восточной Атлантики // Литосфера Ангольской котловины и восточного склона Южно-Атлантического хребта. Л., 1986. С. 10–23.
  18. Погребицкий Ю.Е., Горячев Ю.В., Осипов В.А., Трухалев А.И. Строение океанической литосферы по результатам исследований на Анголо-Бразильском геотраверзе // Сов. геология. 1990. № 3. С. 8–22.
  19. Подгорных Л.В., Хуторской М.Д. Геотермическая асимметрия срединных хребтов Мирового океана // Геотектоника. 1999. № 3. С. 21–42.
  20. Поляк Б.Г. Тепломассопоток из мантии в главных структурах земной коры. М.: Наука, 1988. 192 с.
  21. Пущаровский Ю.М. Предисловие // Континентальный и океанский рифтогенез. М.: Наука, 1985. С. 3–4.
  22. Пущаровский Ю.М., Пейве А.А., Разницин Ю.Н., Базилевская Е.С. Разломные зоны Центральной Атлантики. М.: ГЕОС, 1995. 163 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 495)
  23. Сироткин А.Н., Шарин В.В. Соотношение четвертичного вулканизма с процессами морского и ледникового осадконакопления в районе Вуд-Форда (Шпицберген) // Комплексные исследования природы Шпицбергена. Вып. 4. Апатиты, 2006. С. 147–151.
  24. Солоненко А.В., Солоненко Н.В., Мельникова В.И., Козьмин Б.М., Кучай О.А., Суханова С.С. Напряжения и подвижки в очагах землетрясений Сибири и Монголии // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. 1993. Вып. 1. C. 113–122.
  25. Хуторской М.Д. Проявление асимметрии теплового потока в мантийных плюмах // Вулканология и сейсмология. 2020. № 5. С. 40–50.
  26. Хуторской М.Д., Голубев В.А., Козловцева С.В. и др. Тепловой режим недр МНР. М.: Наука, 1990. 176 с.
  27. Хуторской М.Д., Леонов Ю.Г., Ермаков А.В., Ахмедзянов В.Р. Аномальный тепловой поток и природа желобов в северной части Свальбардской плиты // Докл. РАН. 2009. Т. 424. № 2. С. 227–233.
  28. Хуторской М.Д., Тевелева Е.А. Природа асимметрии теплового потока на срединно-океанических хребтах Мирового океана // Океанология. 2020. Т. 60. № 1. P. 125–137.
  29. Шипилов Э.В., Тюремнов В.А., Глазнев В.Н., Голубев В.А. Палеогеографические обстановки и тектонические деформации Баренцевоморской континентальной окраины в кайнозое // Докл. РАН. 2006. Т. 407. № 3. С. 378–383.
  30. Шрейдер А.А. Геомагнитные исследования Индийского океана. М.: Наука, 2001. 320 с.
  31. Экштейн Й. Тепловой поток и гидрологический цикл: примеры по Израилю // Тепловое поле Европы. M.: Мир, 1982. С. 106–117.
  32. Aldersons F., Ben-Avraham Z., Hofstetter A., Kissling E., Al-Yazjeen T. Lower crustal strength under the Dead Sea basin from local earthquake data and rheological modeling // Earth Planet. Sci. Lett. 2003. V. 214. P. 129–142.
  33. Ben-Avraham Z., Haenel R., Villinger H. Heat flow through the Dead Sea rift // Marine Geol. 1978. V. 28. P. 253–269.
  34. Budanov V.G., Ermakov B.V., Podgornykh L.V. Geophysical asymmetry of the wings of mid-Atlantic ridge (MAR): gravity, magnetic fields, heat flow // European Geophysical Society, Annales Geophysical. Part I. Society Symposia, Solid Earth Geophysics & Natural Hazards, Supplement I to V. 15, SE27 Tectonic evolution and thermal structure at mid-ocean ridges. 1997. P. 161.
  35. Eckstein Y. Tamar geothermal anomaly, or perils of ignoring hydrogeology in heat flow survey // Isr. J. Earth Sci. 1978. V. 32. P. 119–126.
  36. Forsyth D.A., Morel-l`Huissier P., Asudsen I. et al. Alpha Ridge and Iceland: Product of the same plume? // J. Geodynamics. 1986. V. 6. P. 197–214.
  37. Ginzburg A., Kashai E. Seismic measurements in the southern Dead Sea // Tectonophysics. 1981. V. 80. P. 67–80.
  38. Ginzburg A., Makris J., Fuchs K., Prodehl C., Kaminski W., Amitai U. A seismic study of the crust and upper mantle of the Jordan-Dead Sea Rift and their transition toward the Mediterranean Sea // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 1569–1582.
  39. Hosford A. Crustal accretion and Evolution at slow and ultra-slow spreading mid-ocean ridges: Doct. Dissertation. Mass. Inst. Technology, Cambridge, Mass., 02139 & Woods hole ocean. Inst., Woods hole, Mass., 02543. 2001. 254 p.
  40. Hu S., He L., Wang J. Heat flow in the continental area of China: a new data set // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. V. 179. P. 407–419.
  41. Huang Chi-cheng. An outline of the tectonic characteristics of China // Ecologal Geol. 1978. V. 71. № 3. P. 611–635.
  42. Ito A. Earthquake swarm activity revealed from high-resolution relative hypocenters – clustering of microearthquakes // Tectonophysics. 1990. V. 175. P. 47–66.
  43. Ito G., van Keken P.E. Hotspots and melting anomalies / Ed. D. Bercovici // Mantle Dynamics, Treatise on Geophysics. V. 7. Amsterdam, Netherlands: Elsevier Press, 1997. P. 512–526.
  44. Janssen C., Hoffmann-Rothe A., Bohnhoff M., Wetzel H.U., Matar A., Khatib M. Different styles of faulting deformation along the Dead Sea Transform and possible consequences for the recurrence of major earthquakes // J. Geodyn. 2007. V. 44. P. 66–89.
  45. Lawver L.A., Müller R.D. Iceland hotspot track // Geology. 1994. V. 22 P. 311–314.
  46. Ma X. Lithosphere dynamic map of China and adjacent seas (in scale 1:4 000 000) and explanatory notes. Beijing: Publishing House of Geology, 1987. 53 p.
  47. Mechie J., Abu-Ayyash K., Ben-Avraham Z., El-Kelani R., Qabbani I., Weber M. DESIRE-Team. Crustal structure of the southern Dead Sea basin derived from project DESIRE wide-angle seismic data // Geophys. J. Int. 2009. V. 178 (1). P. 457–478.
  48. Nasir S. The lithosphere beneath the north-western part of the Arabian plate (Jordan): evidence from xenoliths and geophysics // Tectonophysics. 1992. V. 201. P. 357–370.
  49. Petrunin A.G., Sobolev S.V. Three-dimensional numerical models of the evolution of pull-apart basins // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2008. V. 171. P. 387–399.
  50. Rümpker G., Ryberg T., Bock G. Desert Seismology Group, 2003. Boundary-layer mantle flow under the Dead Sea transform fault inferred from seismic anisotropy // Nature. 2003. V. 425. P. 497–501.
  51. Salamon A., Hofstetter A., Garfunke, Z., Ron A. Seismotectonics of the Sinai subplate — the eastern Mediterranean region // Geophys. J. Int. 2003. V. 155. P. 149–173.
  52. Shudofsky G.N., Cloetingh S., Stein S., Wortel R. Unusually deep earthquakes in East Africa; constraints on the thermo-mechanical structure of a continental rift system // Geophys. Res. Lett. 1987. V. 14. P. 741–744.
  53. Smit J., Brun J.-P., Cloetingh S., Ben-Avraham Z. The rift-like structure and asymmetry of the Dead Sea Fault // Earth and Planet. Sci. Lett. 2010. V. 290. № 1–2. P. 74–82.
  54. Stein C.A., Stein S. A model for the global variation in oceanic depth and heat flow with lithospheric age // Nature. 1992. V. 359. P. 123–129.
  55. Tian Z.Y., Han P., Xu K.D. The Mesozoic-Cenozoic East China rift system // Tectonophysics. 1992. V. 208. P. 341–363.
  56. Torsvik T.H., Amundsen H.E.F., Tronnes R.G. et al. Continental crust beneath southeast Iceland // Proceed. of National Acad. Sci. of USA (PNAS). 2015. № 3. P. 1818–1827.
  57. Wang J.Y., Wang J.A. Thermal structure of the crust and upper mantle of the Liaohe rift basin // Tectonophysics. 1988. № 145. P. 293–304.
  58. White R.S., McKenzie D.P. Mantle plumes and flood basalts // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 17543–7585.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Location of heat flow measurement stations in the Baikal rift zone, adjacent regions and profiling zones. 1 – heat flow measurement points; 2 – profiling directions; 3 – boundaries of profiling intervals.

Download (259KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Variability of heat flux along geothermal profiles. a – profile A1–B1; b – profile A2–B2; c – profile A–B–C–D–F (see Fig. 1). Vertical lines on profiles (a) and (b) are the position of the axis of the Baikal rift zone. The dotted line on the profile (c) shows the result of digitizing the heat flow map in isolines [Golubev et al., 1987]; black dots – individual values of heat flow; gray circles – values of the magnitude of the conductive heat flow obtained by averaging the initial values in the range of 20 km.

Download (204KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of the values of the 3He/4He ratio (top) and the heat flux density (bottom) along the stretch of the Baikal rift zone [Polyak, 1988]. The black diamonds show the values of the isotope-helium ratio in the gases of hydrotherms lying near the axis of the rift zone, open – in adjacent areas (for example, in the Barguzin and Baunt depressions). The data on rocks are shown in shaded columns according to the ranges of values of the isotope-helium ratio indicated in [Polyak, 1988]. Wavy lines show the levels of the 3He/4He ratio in gases dissolved in lake water. Baikal.

Download (101KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Modern geothermal activity of the lithosphere of mainland China (according to [Lysak, 2009] with changes). 1-5 – geothermal activity (MW/m2): 1 – weak (<40); 2 – moderate (40-60); 3 – increased (60-80); 4 – high (80-100); 5 – very high (>100). The frame shows the Shanxi–Liaohe continental rift zone.

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Regional heat flow in Israel. The a–map is constructed by averaging measurements over 0.5×0 squares.5 [Eckstein, 1982]; b – heat flow map in isolines (MW/m2). The circles show the localization of the measuring points (the diameter of the circles is proportional to the value of the heat flow).

Download (542KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Map of the heat flow of Iceland and adjacent water areas (isolines – in MW/m2). Triangles are the points of measurement of heat flow. Their size is proportional to the amount of heat flow.

Download (1MB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The track of the North American plate in the Greenland region over the Icelandic “hot spot” for a time from 130 Ma to 0 Ma. Large black dots – paleoposition of the plate for every 10 million years; AH – Axel Helberg Island; BZ – Baffin Land; DP – Davis Strait; EL – Ellesmere Island; YAM – Jan-Mayen; KA – Kangerlusak lava plateau, East Greenland; KO – Kolbeinsey ridge; LA Labrador Sea; TIR – the Morris-Jessop plateau; ME – the Mendeleev Ridge; RE – the Reykjavik Ridge; UM – the lava plateau of the Umanak Fjord, Western Greenland; ER – the Ermak plateau; KOG – the boundary of the continental and oceanic crust according to bathymetry. The white circles show the position of the plume according to [Forsyth et al., 1986].

Download (390KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Measurements of heat flow and its value (MW/m2) in the Orel basin and in adjacent water areas. Triangles are the epicenters of earthquakes in the XXI century; white rectangles are quaternary volcanoes; isobaths in the depth range of 0-500 m are drawn through 100 m, deeper – through 500 m.

Download (386KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Temperature distribution (C) on the cross-section profiles of the Eagle trough (Sture). The picture shows the coastline of the island. The Northeastern Land of Svalbard and the island of Bely.

Download (318KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences