|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Динамика взаимодействия магмы с вмещающими породами во время внедрения и изверженияНИР
Dynamics of magma interaction with host rocks during emplacement and eruption
- Руководитель НИР: Мельник О.Э.
- Ответственный исполнитель: Афанасьев А.А.
- Участники НИР: Афанасьев А.А., Веденеева Е.А., Горохова Н.В., Цветкова Ю.Д.
- Подразделение: 101 Лаборатория общей гидромеханики
- Срок исполнения: 5 января 2015 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): РФФИ 15-01-02639 А
- Номер ЦИТИС: 115020310028
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Механика природных процессов
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 30.17.35 Тепломассоперенос
- 30.17.23 Вязкая жидкость
-
Ключевые слова:
механика многофазных сред, вулканическое извержение, теория фильтрации, магма, геотермальная система
porous flows, multiphase flow dynamics, volcanic eruption, magma, hydrothermal system -
Описание:
В большинстве существующих моделей подъёма магмы и ее извержения вмещающие породы рассматриваются как абсолютно жёсткие (магма поднимается по каналу заданной формы) или линейно упругими с применением упрощенных моделей плоских сечений или решений плоских задач теории упругости. Теплообмен между магмой и породами обычно не рассматривается. В рамках проекта предполагается рассмотреть ряд задач, связанных с динамикой взаимодействия магмы с вмещающими породами в процессе внедрения и извержения. 1. Будет рассмотрена задача взаимодействия магмы с геотермальной системой в процессе экструзивного (невзрывного) вулканического извержения. Нестационарная модель течения магмы в канале вулкана будет использоваться для расчета распределений давления и температуры на границе канал вулкана-водонасыщенные породы. По этим распределениям на каждом шаге по времени с помощью композиционного симулятора будут рассчитываться процессы в геотермальной системе и потоки тепла и летучих из магмы. На основе этих потоков будет пересчитываться течение в канале. По распределениям давлений и температур в канале и геотермальной системе будут рассчитаны деформации поверхности земли для сравнения с данными полевых наблюдений. 2. Будет создана модель и проведено исследование внедрения магмы с образованием трещин (даек), проходящих через слабо консолидированные породы (пески, пеплы) и частично закристаллизованные области магматического расплава (силлы, очаги). 3. Будет исследовано взаимодействие кимберлитовой магмы с водой из вмещающих пород с учетом реакции серпентинизации оливина, приводящей к выделению тепла и сужению порового пространства. Анализ пород, слагающих кимберлитовые тела, показывает наличие пространственных неоднородностей на многих масштабах: масштабах пор, отдельных блоков, отдельных слоев. Предполагается, что к появлению подобных неоднородностей может приводить как неоднородность кимберлитового тела (наличие трещин, различная пористость) так и неустойчивость процесса серпентинизации оливина, связанная с экзотермичностью этого процесса и сильным влиянием степени серипентинизации на пористость и проницаемость пород. С помощью созданного авторами проекта геотермального симулятора предполагается рассмотреть процесс остывания кимберлитовой трубки на разных масштабах для выявления механизмов, ответственных за пространственные неоднородности распределения свойств материала кимберлитовой трубки. Исследования важны для интерпретации геологических данных.
-
Abstract:
Most existing models of magma ascent and eruption of its host rocks are considered as absolutely rigid (magma rises through the channel specified form) or linear elastic with the use of simplified models of flat sections or solutions of plane problems of the theory of elasticity. Heat exchange between the magma and the rocks are not usually considered. The project will address a number of problems related to the dynamics of the interaction of magma with the host rocks in the implementation process and the eruption. 1. The problem of the interaction of magma will be considered with a geothermal system in the process of extrusion (non-explosive) volcanic eruption. Transient flow model of magma in the volcano channel will be used to calculate the pressure and temperature distributions at the border of water-saturated volcanic rock channel. For these distributions at each time step with the help of the simulator will be calculated composite processes in geothermal systems and heat flows and volatiles from the magma. On the basis of these streams will be recalculated for the channel. On the distribution of pressure and temperature in the channel and a geothermal system will be calculated deformation of the earth's surface for comparison with field observations. 2. The model and studied the introduction of magma to form cracks (dikes), passing through the poorly consolidated rock (sand, ash) and partially crystallized region magmatic melt (sills, centers) will be created. 3. The interaction of kimberlite magma with water from the surrounding rocks based on the reaction Serpentinization olivine, resulting in heat generation and a narrowing of the pore space will be investigated. Analysis of rocks that form the kimberlite body, shows the presence of spatial inhomogeneities on many scales: the scale of long individual blocks, the individual layers. It is assumed that the appearance of these irregularities can lead to both the heterogeneity of the kimberlite body (cracks, different porosity) and instability of the process Serpentinization olivine associated with exothermic the process and strongly influenced by the degree seripentinizatsii on the porosity and permeability of rocks. With geothermal simulator created by the sponsors is expected to consider the process of cooling kimberlite pipe at different scales to identify the mechanisms responsible for the spatial heterogeneity of distribution properties kimberlite pipe material. Research is important for the interpretation of geological data.
-
Планируемые результаты:
планируется изучения взаимодействия магмы с вмещающими породами в процессе подъема и извержения.
- Добавил в систему: Мельник Олег Эдуардович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 5 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Динамика взаимодействия магмы с вмещающими породами во время внедрения и извержения |
| Результаты этапа: Построена модель взрывной дегазации вулканов, канал которых закрыт лавовой пробкой, под которой имеется газовая полость. Для таких вулканов (Сантьягито, Карымский, Колима и др.) характерны периодические выбросы газа с относительно небольшой долей пепла без образования пемзы, типичной для взрывных извержений. Модель описывает нестационарную фильтрацию газа в покоящемся столбе магмы, его накопление в газовой полости под лавовой пробкой, рост давления в полости и срыв пробки, дегазацию полости и запирание канала. Рассчитанные значения периодов покоя и продолжительности отдельных выбросов находятся в хорошем соответствии с данными полевых наблюдений. Разработана методика определения условий подъема магмы (давления и температуры) по распределениям элементов-примесей в кристаллах плагиоклаза. Методика основана на уравнениях баланса массы примесей в замкнутой магматической системе плагиоклаз-расплав при ее кристаллизации. Показано, что для образцов магмы с вулкана Маунт Сент Хеленс, кристаллизация происходит с падением давления и сопровождается ростом температуры. Это соответствует типичным условиям декомпрессионной кристаллизации водонасыщенных магм. Проведён линейный анализ устойчивости серпентинизации оливина в кимберлитовых трубках. Предложены безразмерные параметры подобия, определяющие характер протекания минеральной реакции. Показано, что конвективный перенос тепла, вызванный циркуляцией воды в кимберлитовой трубке, стабилизирует серпентинизацию оливина. При прочих равных условиях увеличение конвективного потока тепла приводит к возрастанию длин волн неустойчивых возмущений и уменьшению их амплитуды. Существует критическое значение потока, при превышении которого неустойчивость не развивается. | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Динамика взаимодействия магмы с вмещающими породами во время внедрения и извержения |
| Результаты этапа: Построена модель взрывной дегазации вулканов, канал которых закрыт лавовой пробкой, под которой имеется газовая полость. Для таких вулканов (Сантьягито, Карымский, Колима и др.) характерны периодические выбросы газа с относительно небольшой долей пепла без образования пемзы, типичной для взрывных извержений. Модель описывает нестационарную фильтрацию газа в покоящемся столбе магмы, его накопление в газовой полости под лавовой пробкой, рост давления в полости и срыв пробки, дегазацию полости и запирание канала. Рассчитанные значения периодов покоя и продолжительности отдельных выбросов находятся в хорошем соответствии с данными полевых наблюдений. Разработана методика определения условий подъема магмы (давления и температуры) по распределениям элементов-примесей в кристаллах плагиоклаза. Методика основана на уравнениях баланса массы примесей в замкнутой магматической системе плагиоклаз-расплав при ее кристаллизации. Показано, что для образцов магмы с вулкана Маунт Сент Хеленс, кристаллизация происходит с падением давления и сопровождается ростом температуры. Это соответствует типичным условиям декомпрессионной кристаллизации водонасыщенных магм. Проведён линейный анализ устойчивости серпентинизации оливина в кимберлитовых трубках. Предложены безразмерные параметры подобия, определяющие характер протекания минеральной реакции. Показано, что конвективный перенос тепла, вызванный циркуляцией воды в кимберлитовой трубке, стабилизирует серпентинизацию оливина. При прочих равных условиях увеличение конвективного потока тепла приводит к возрастанию длин волн неустойчивых возмущений и уменьшению их амплитуды. Существует критическое значение потока, при превышении которого неустойчивость не развивается. | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Динамика взаимодействия магмы с вмещающими породами во время внедрения и извержения |
| Результаты этапа: Построена модель кристаллизации циркона в магматическом очаге при его остывании с учетом встраивания элементов-примесей в структуру кристалла. Модель основана на решении уравнения диффузии циркония с граничными условиями, описывающие закон сохранения массы циркония на подвижной границе кристалл-расплав. В связи с медленной скоростью роста циркона этот минерал используется для датировки истории формирования больших магматических очагов, поскольку разные части кристалла имеют существенно различный возраст. Для восстановления температурной истории кристаллизации циркона использованы измерения концентрации элементов-примесей (гафния, иттрия, урана, тория). Коэффициенты распределения этих элементов сильно зависят от температуры. С помощью построенной модели проведено исследование температурной истории ряда магматических систем вулкана. Другим индикатором взаимодействия магмы с вмещающими породами является изменение изотопного состава кислорода во вмещающих породах. Изменение состава происходит за счет циркуляции метеорных вод с преобладанием легких изотопов кислорода и реакций изотопного обмена с содержащими в среднем более тяжелые изотопы породами. Реакция происходит при высоких температурах, поэтому над магматическими интрузиями возникают области пород с измененным изотопным составом (в литературе они называются «бычий глаз», bullseye). В программном комплексе MUFITS проведены расчеты взаимодействия магматического очага с вмещающими породами и построены карты изотопного состава пород для сравнения с реальными геологическими структурами. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".