ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЗЕМЛИ ПО ГЕОХИМИЧЕСКИМ И СЕЙСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ

Abstract

Предложен метод определения температуры в континентальной верхней мантии Земли по геохимическим и сейсмическим данным. Согласование данных проводится с помощью метода физико-химического моделирования, позволяющего переводить геохимические модели состава в физические характеристики (прямая задача), а сейсмические скоростные разрезы обращать в модели распределения температуры (обратная задача). На этой основе рассчитаны профили температуры в "нормальной" и "холодной" мантии по скоростям распространения продольных и поперечных волн глобальной модели IASP91 и региональных моделей архейского кратона Каапвааль. В качестве ограничений на химический состав приняты деплетированное вещество гранатовых перидотитов и фертильное вещество примитивной мантии. Процедура обращения сейсмических профилей в термические осуществлена на основе метода минимизации свободной энергии Гиббса и уравнений состояния мантийного вещества с учетом ангармонизма и эффектов неупругости. Исследована чувствительность сейсмических моделей к химическому составу и показана необходимость его учета при решении обратных задач. На глубинах более 200-210 км профили температуры, выведенные из модели IASP91 и некоторых региональных моделей, имеют излом геотерм в сторону уменьшения температуры, что лишено физического смысла. Эта аномалия не может быть связана ни с наличием летучих, ни с частичным плавлением, поскольку эти факторы должны приводить к понижению, а не к повышению сейсмических скоростей. Инверсия температуры может быть исключена постепенной фертилизацией мантии по глубине. В этом случае вещество верхней мантии на глубинах 200-300 км должно быть обогащено FeO, Аl2О3 и СаО по сравнению с веществом гранатовых перидотитов, но одновременно обеднено этими же оксидами по сравнению с пиролитовым веществом примитивной мантии. В целом можно заключить, что как литосфера и подлитосферная мантия Каап-ваальского кратона, так и нормальная мантия, должны быть стратифицированы по химическому составу.