11.4 Примеры моделирования теплового воздействия интрузий из других районов мира

Анализ методики численного моделирования теплового влияния интрузий в разделах 11.2 и 11.3 опирался на пример интрузии в осадочной толще океанического бассейна в районе поднятия Кейп Верде в Восточной Атлантике. В этом разделе главы мы рассмотрим несколько примеров моделирования хорошо датированных интрузий в континентальных осадочных бассейнах. Следует заметить, что строение осадочных разрезов и хронология геологических событий в этих бассейнах были изучены значительно хуже, нежели в рассмотренном выше примере. По этой причине мы не станем воспроизводить точную историю осадконакопления этих бассейнов, а ограничимся так называемой “эффективной” реконструкцией истории осадконакопления и термической эволюции бассейна. Основной задачей такой реконструкции будет по возможности точное воспроизведение фонового распределения значений отражательной способности витринита, существовавшего в бассейне до внедрения интрузии, при соблюдении известных деталей современного разреза. Такой подход позволяет анализировать воздействие интрузии на термическое состояние и зрелость ОВ вмещающих пород, не вдаваясь в детали сложной геологической истории района. Прежде чем приступить к изложению примеров моделирования, остановимся вкратце на одном частном вопросе, касающемся отбора данных измерения отражательной способности витринита, %R в близкой окрестности интрузивных тел. Дело в том, что при анализе формирования интрузий толщиной 38.6 и 118 м, на основе данных, приведенных в работах (Raymond and Murchison, 1988a,; 1988b; 1989), мы исключали те значения Ro, которые соответствовали уменьшению отражательной способности с приближением к интрузии. Такое необычное поведение Ro у поверхности интрузий отмечалось в литературе неоднократно и тогда же исследователи пришли к выводу, что обычно оно не соответствует реальному уменьшению уровня зрелости ОВ в ближайшей окрестности интрузии, а всего лишь отражает факт нарушения молекулярной структуры витринита при очень высоких температурах (Raymond and Murchison, 1988b, 1989; Bishop and Abbott, 1993; 1995).

а) Силл толщиной 118 м из района Midland Valley, Шотландия

Анализ этого раздела начинаем с моделирования внедрения силла шириной 118 м из разреза Rashienhill скважины в центральной части Midland долины в Шотландии. Силл локализован на глубинах от 410 до 528 м. Для этого примера характерны довольно высокие фоновые значения отражательной способности витринита Ro, достигнутые ОВ бассейна ещё перед внедрением интрузии (Raymond and Murchison, 1989). Рис. 8-11 демонстрирует профиль значений Ro во вмещающих породах выше (а) и ниже (б) силла, вычисленный для внедрения силла толщиной 118 м в толщу глинистых осадков с фоновыми значениями Ro перед внедрением силла, меняющимися от Ro=0.60% у поверхности осадочной толщи до Ro=1.37% на глубине 1030 м (см. наш рис 8-11 и рис.3

Рис.8-11 Ореол зрелости ОВ в окрестности 118- м силла из разреза скв. Rashienhill в Шотландии вычисленный в модели формирования силла в оболочке в течение 44 часов (сплошные линии) и в традиционной модели мгновенного внедрения интрузии (пунктирные линии).

Крестики и звёздочки отмечают измеренные значения %Ro.

из работы (Raymond and Murchison, 1989)). Модель внедрения интрузии в оболочке (рис.11-3 б) с ростом температуры на оси силла от 300C до 1100C в течении 30 часов и с полным временем формирования тела силла около 44 часов довольно хорошо описывает наблюдаемые значения отражательной способности витринита выше (рис.8-11а) и ниже (рис.8-11б) силла, если принять во внимание гидротермальный перенос тепла в области над силлом с эффективным числом Нуссельта Nu=2 и предположить отсутствие гидротермальной деятельности ниже силла (Galushkin, 1997б). Значения параметров Ts,Tl и L принимались теми же, что и в моделях рис. 5-11 – 7-11. Пунктирными линиями на рис. 8-11а и б показаны профили Ro, вычисленные с теми же значениями теплофизических параметров пород и с теми же характеристиками гидротермального теплообмена и реакций дегидратации, что и в варианте, показанном на рис. 8-11 сплошными кривыми, но рассчитанные в традиционной модели мгновенного внедрения силла. Мы видим, что и здесь результаты расчетов в рамках традиционной модели существенно отличаются от наблюдаемых и рассчитанных по модели внедрения интрузии в оболочке. Можно отметить дополнительно, что моделирование внедрения мощного 118-метрового силла подтвердило вывод о слабом влиянии реакций дегидратации на эволюцию термического режима и формирование ореола зрелости вмещающих пород, сделанный ранее при моделировании менее мощной интрузии в Кейп Верде (Galushkin, 1997б). В нашем случае тепловой эффект от этих реакций приводил к сужению профиля Ro (характерных размеров ореола зрелости) не более чем на 10 м.

б) Силл толщиной 38.6м из района Northumberland, Шотландия

Следующим был рассмотрен вариант внедрения силла толщиной 38.6 м, локализованного на глубинах от 510 to 548.6 m в осадочном разрезе скважины Throckley в районе Northumberland в Шотландии (Raymond and Murchison, 1989). Как и в предыдущем примере, довольно высокие значения Ro, меняющиеся от Ro=1.00% у поверхности до Ro=1.50% на глубине около 700 м, характеризуют осадочный разрез изучаемой площади еще до внедрения интрузии (см. наш рис. 9-11б и рис. 5 из работы (Raymond and Murchison, 1989)). В рассматриваемом случае модель внедрения интрузии в оболочке (рис. 3-11б) с ростом температуры пород на оси силла от 300C до 1100C в течении лишь 3.5 часов при полном времени формирования силла около 17.5 часов и без вклада гидротермального теплообмена неплохо согласуется с измеренным профилем отражательной способности витринита (рис. 9-11а, б). Как и в моделях, рассмотренных выше, значения параметров Ts,Tl и L принимались аналогичными моделям рис. 5-11 – 7-11. В этом варианте моделирования, в отличие от предыдущего, термический ореол, вычисленный в рамках модели мгновенного внедрения интрузии (пунктирные линии на рис. 9-11а и б) не отличался резко от полученного в модели внедрения интрузии в оболочке (сплошные линии на рис. 9-11а и б).

Рис. 9-11. Ореол зрелости выше (а) и ниже (б) 38.6-метрового силла из Northumberland (Шотландия), вычисленный в модели формирования силла в оболочке в течении 17.5 часов (сплошные линии) и в модели мгновенной интрузии (пунктирные линии; см. текст).

в) Базальтовая дайка толщиной 4.5 м из Восточной Гренландии

На левом рис. 10-11 приведены результаты моделирования ореола созревания ОВ во вмещающих киммериджских глинах в окрестности базальтовой дайки толщиной 4.5 м в Восточной Гренландии (Perregard and Schiener, 1979). В этом случае наблюдаемые значения Ro хорошо описываются в модели внедрения интрузии в оболочке рис. 3-11б),

Рис. 10-11. Ореолы зрелости в окрестности 4.5-метровой дайки в Восточной Гренландии (левый рис.), и в окрестности 1.3-метровой дайки в бассейне Walcott, штат Колорадо, США (правый рис.), рассчитанные в модели мгновенной интрузии (кривые 1), в модели формирования дайки, равномерно уширяющейся в течении 5.3 часов на левом рис. и 2.3 часа на правом рис. (кривые 2) и в основных моделях, описанных в тексте (кривые 3).

когда температура на оси дайки возрастала от значения около 300C до 1100C в течении 0.9 часа при полном времени формирования дайки около 2.6 часа и без участия гидротермального теплообмена. В этом варианте отличие результатов расчёта в модели мгновенной интрузии от модели формирования дайки в оболочке хорошо заметно (сравни кривые 1 и 3 на рис. 10-11 слева).

г) Дайка толщиной 1.3м в Pierre сланцах бассейна Валкот штата Колорадо, США

Правый рис. 10-11 представляет результаты вычисления термического ореола зрелости ОВ в окрестности дайки шириной 1.3 м в верхнемеловых глинистых сланцах свиты Pierre бассейна Валкот штата Колорадо, США (Clayton and Bostick, 1986). Как показало моделирование, для такой тонкой интрузии все три модели ее формирования (модель мгновенного внедрения, модель равномерно уширяющейся интрузии в течение 2.3 часа (или менее) и модель внедрения в оболочке, когда температура на оси дайки возрастала от 600C до 1100C в течение 0.9 часов с полным временем формирования тела дайки около 2.3 часа) без участия гидротермального теплообмена дают довольно близкие результаты, хотя последняя модель (нижняя кривая на правом рис.10-11) всё же предпочтительнее.

д) Долеритовая дайка толщиной 0.9 м с острова Skye,северо-запад Шотландии

На рис.11-11 представлены результаты численного моделирования для самой тонкой из рассмотренных нами дайки толщиной 0.9 м. Дайка располагается на глубине

Рис. 11-11. Ореол зрелости в окрестности 0.9-метровой дайки с острова Skye (северо-запад Шотландии), рассчитанный в модели мгновенной интрузии (пунктирная кривая) и в основной модели, описанной в тексте (сплошная линия).

около 640 м в юрских алевролитах острова Skye на северо-востоке Шотландии (Bishop and Abbott, 1993, 1995). Вмещение дайки имело место в нижнем эоцене около 53 млн. лет назад. Неясно, однако, произошло ли это событие до, в течение или после интенсивной вулканической деятельности, проявлявшейся примерно в то же самое время в Северной Шотландии. Последняя была связана с раскрытием Северной Атлантики, когда в рассматриваемом районе в течение всего лишь 2 млн. лет было отложено около 2400 м вулканических пород (Bishop and Abbott, 1993). Чтобы получить профили температуры и степени катагенеза осадочной толщи перед внедрением дайки мы провели реконструкцию температурно временной истории бассейна для двух вариантов его геологической истории. В обоих вариантах 0.5 км алевролитов были отложены в Ааленский и Байосский периоды средней юры (187-173 млн. лет назад) и другие 0.5 км алевролитов отлагались , начиная с Батского периода средней юры и кончая нижним эоценом (173-55.5 млн. лет назад). В первом варианте развития бассейна перерыв в осадконакоплении имел место с нижнего эоцена по настоящее время (55.5-0 млн. лет назад). Во втором варианте в течение 2 млн. лет в период времени от 55.5 до 53.5 млн. лет назад отложились 2400 м вулканических пород, которые были удалены последующей эрозией в течение 10 млн. лет (от 52 до 42 млн. лет назад). В первом варианте вычисленные современные фоновые (на удалении от дайки) значения отражательной способности витринита Ro на глубине 640 м составляли около 0.35%, что было в хорошем согласии с наблюденными фоновыми значениями Ro (Рис.11-11). И напротив, фоновые значения Ro во втором варианте эволюции бассейна составляли Ro=0.55% и заметно превосходили наблюдаемые значения. Результаты моделирования предполагают, следовательно, что слой нижне-эоценовых вулканических пород не мог быть столь мощным. Хорошее согласие измеренных и вычисленных значений Ro получается при расчетах с первым вариантом истории осадконакопления при формировании дайки в модели оболочки (рис. 3-11б) без участия гидротермального теплообмена. Предполагалось, что температура магматических пород на оси дайки росла от значения 300C до 1100C в течение 0.45 часа при полном времени формирования интрузии около 2.6 часа (рис.11-11). Заметим, что в рассмотренном варианте отличие результатов расчёта в модели мгновенной интрузии от модели формирования дайки в оболочке также хорошо заметно (сравни сплошную и пунктирную линии на рис. 11-11).