MODEL OF DECOMPRESSION MELTING MECHANISM IN CONVECTIVE-UNSTABLE THERMAL LITHOSPHERE (FIRST APPROXIMATION)

We propose a model of decompression melting, separation, migration and freezing of the melt in the upper mantle during the convective instability process. The model takes into account differences between phase diagrams of the melt and the matrix and the resultant features of the melt’s behavior, without calculating reaction rates in a multicomponent medium. It is constructed under an explicit concept of the local thermodynamic equilibrium of the existing phases. Therefore, we further develop the first approximation of the descriptions of convection in the upper mantle and the formation of large epicontinental sedimentary basins, which have been presented in earlier publications. Our computational experiments show that primary melting of the upper mantle’s fertile material occurs intensively in a narrow frontal part of the ascending hot material flow. Then, the depleted and partially melted material rises farther upward from the front of primary melting. Melting of the depleted material continues at lower pressures in a rather wide range of depths (120–77 km). Further, the migrating melt is supplied by two sources, i.e. a deep-seated one, wherein the fertile material melts, and the medium-depth one, wherein melting of the depleted material takes place. Once the temperature and pressure rates of the melt reach the values corresponding to those of its solidus, a narrow freezing front is formed. Its width is almost similar to the primary melting front. As the ascending convective flow develops, the freezing front shifts upward. As a result, a quite thick (around 40–50 km) basalt-saturated layer occurs above the freezing front. An important observation in our modeling experiments is that, despite a considerably large total volume of the melted material, a one-time melt content in the mantle does not exceed tenths of one percent, when we consider averaging to volumes with a linear size of about 1.0 km. The basalt melt extraction depletes iron in the mantle and significantly reduces the mantle density. Considering the calculated basalt-depletion values for the matrix at 0.1–0.2, the density deficit doubles in comparison to the thermal expansion of the material. Logically, both the Rayleigh number and the intensity of convection also double (and this is confirmed by the calculations), which means that convection is enhanced after the melting start.Testing of the model shows that it gives a reasonable picture that is consistent with the available geological and geophysical data on the structure of the lithosphere underneath the currently developing epicontinental sedimentary basins. Furthermore, within the limits of its detail, this model is consistent with the results of modeling experiments focused on melting and melting dynamics, which are based on calculations of reactions between components of the mantle material

Модель первого приближения формирования эпиконтинентальных осадочных бассейнов вследствие конвективной неустойчивости термической литосферы

Modern computational technologies make it possible to simulate practically any concept developed by geologists to investigate the processes of formation of the structures under study, including diametrically opposed ones. Today’s trend is to create complex ‘realistic’ models. Such models are based on a large number of parameters with properly set values and simulate the settings that can be viewed similar to the real situations. However, the adequacy of both the models themselves and the concepts used as the basis for simulation remains the issue of debate. Apparently, it is required to specify a general approach to theoretical constructions in geodynamics, which should ensure that the scope of applicability of the models can be correctly evaluated. Such an approach can be implemented by successive approximations based on the fundamental results of the theory of simple liquids with damping memory, the most general description of irreversible deformation of materials under non-isotropic stress. It is critical to correctly formulate a model in the first approximation. It should be fairly simple and based on reliably established experimental facts, give adequate and clearly interpretable non-trivial results and allow further logical refinement of the details, i.e. the next approximations. This article presents an attempt to strictly follow the requirements and consistently construct a model that can show the occurrence of large epicontinental sedimentary basins, the origin of which has been in the focus of geological studies for many years. Our model is based on the following reliably established facts: (1) at the surface of the planet, in continental areas there is an approximately 300-km-thick thermal boundary layer (TBL), wherein the temperature drop amounts to ~1300–1500 °C; (2) the material of the lithosphere, including the crust, is irreversibly deformed during slow geological processes; (3) the continental crust is the thick layer that is less dense than the material of the mantle. The numerical experiments demonstrate free convection in the upper mantle, which induces countercurrents in the light crust and leads to the occurrence of sedimentary basins above the ascending flows and uplifts above the descending flows, which form platform shields during the transition to the quasi-stationary mode. The parameters of the typical structures formed in the lithosphere and the crust and the sedimentary basins proper are estimated. Revealed are the stages of their evolution, which correlate with the available geological and geophysical data, except for the effects caused, in our opinion, by the higher temperature of the mantle and the dynamics of the resultant melt. (Our next publications will describe modeling with account of decompression melting of the mantle material and separation, migration and freezing of the resultant melt.) The proposed first-approximation model can be used to describe a wide variety of geodynamic processes of similar scales.Современные вычислительные возможности позволяют реализовать в виде расчетных моделей практически любые представления геологов о процессах формирования изучаемых структур, в том числе и диаметрально противоположные. При этом существует стремление использовать сложные, так называемые «реалистические» модели. Большое число параметров в таких моделях, путем надлежащего подбора значений, позволяет для разных постановок получить в результате расчета картину, сходную с реальной. Таким образом, вопрос об адекватности как самих моделей, так и лежащих в их основе представлений остается открытым. По-видимому, требуется некий общий подход к теоретическим построениям в геодинамике, который позволит определять область пригодности разрабатываемых моделей. Такой подход может быть реализован путем последовательных приближений на основе фундаментальных результатов «Теории простых жидкостей с затухающей памятью» – наиболее общего описания необратимого деформирования материала под действием неизотропных напряжений. При этом важно правильно сформулировать модель первого приближения. Она должна быть достаточно проста, основана на надежно установленных экспериментальных фактах, давать в рамках своей детальности адекватные, понятным образом интерпретируемые, нетривиальные результаты и естественным образом позволять дальнейшее уточнение – развитие следующих приближений. В настоящей работе мы попытались строго и последовательно построить такую модель для описания процесса формирования крупных эпиконтинентальных осадочных бассейнов, вопрос о генезисе которых в течение многих лет находится в центре внимания геологов. Модель основана на нескольких надежно установленных фактах: 1) у поверхности планеты в континентальных областях существует тепловой погранслой толщиной  с перепадом температуры ~1300–1500 °С; 2) вещество литосферы, включая кору, необратимо деформируется в исследуемых медленных геологических процессах; 3) континентальная кора является довольно мощным слоем, с малой, по сравнению с мантией, плотностью. Проведенные численные эксперименты показали развитие в верхней мантии свободной конвекции, индуцирующей в легкой коре противотечение, вызывающее формирование над восходящими потоками осадочных бассейнов, а над нисходящими – поднятий, образующих при переходе к квазистационарному режиму платформенные щиты. Расчеты воспроизводят характерные структуры литосферы, коры и собственно осадочных бассейнов и этапы их эволюции, соответствующие имеющимся геолого-геофизическим данным, за исключением эффектов, обусловленных, как мы полагаем, более высокой температурой мантии и динамикой возникающего при этом расплава. (Включение в модель описания декомпрессионного плавления мантийного вещества, сепарации, миграции и замерзания образующегося расплава предполагается в наших следующих публикациях). Предложенная модель первого приближения пригодна для описания широкого класса геодинамических процессов подобного масштаба

МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА ДЕКОМПРЕССИОННОГО ПЛАВЛЕНИЯ В КОНВЕКТИВНО-НЕУСТОЙЧИВОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ЛИТОСФЕРЕ (ПЕРВОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ)

We propose a model of decompression melting, separation, migration and freezing of the melt in the upper mantle during the convective instability process. The model takes into account differences between phase diagrams of the melt and the matrix and the resultant features of the melt’s behavior, without calculating reaction rates in a multicomponent medium. It is constructed under an explicit concept of the local thermodynamic equilibrium of the existing phases. Therefore, we further develop the first approximation of the descriptions of convection in the upper mantle and the formation of large epicontinental sedimentary basins, which have been presented in earlier publications. Our computational experiments show that primary melting of the upper mantle’s fertile material occurs intensively in a narrow frontal part of the ascending hot material flow. Then, the depleted and partially melted material rises farther upward from the front of primary melting. Melting of the depleted material continues at lower pressures in a rather wide range of depths (120–77 km). Further, the migrating melt is supplied by two sources, i.e. a deep-seated one, wherein the fertile material melts, and the medium-depth one, wherein melting of the depleted material takes place. Once the temperature and pressure rates of the melt reach the values corresponding to those of its solidus, a narrow freezing front is formed. Its width is almost similar to the primary melting front. As the ascending convective flow develops, the freezing front shifts upward. As a result, a quite thick (around 40–50 km) basalt-saturated layer occurs above the freezing front. An important observation in our modeling experiments is that, despite a considerably large total volume of the melted material, a one-time melt content in the mantle does not exceed tenths of one percent, when we consider averaging to volumes with a linear size of about 1.0 km. The basalt melt extraction depletes iron in the mantle and significantly reduces the mantle density. Considering the calculated basalt-depletion values for the matrix at 0.1–0.2, the density deficit doubles in comparison to the thermal expansion of the material. Logically, both the Rayleigh number and the intensity of convection also double (and this is confirmed by the calculations), which means that convection is enhanced after the melting start.Testing of the model shows that it gives a reasonable picture that is consistent with the available geological and geophysical data on the structure of the lithosphere underneath the currently developing epicontinental sedimentary basins. Furthermore, within the limits of its detail, this model is consistent with the results of modeling experiments focused on melting and melting dynamics, which are based on calculations of reactions between components of the mantle material.Предложена модель декомпрессионного плавления, сепарации, миграции и замерзания расплава в процессе развития конвективной неустойчивости верхней мантии, позволяющая учесть различие фазовых диаграмм расплава и матрицы и вытекающие особенности поведения расплава, без расчета скорости реакций в многокомпонентной среде, в рамках явного представления о локальном термодинамическом равновесии существующих фаз. Таким образом, дополняется развиваемое нами первое приближение описания процесса конвекции в верхней мантии и формирования крупных эпиконтинентальных осадочных бассейнов, опубликованное ранее.Вычислительными экспериментами показано, что первичное плавление фертильного вещества верхней мантии происходит интенсивно в узком фронте поднимающегося в восходящем потоке горячего вещества. Далее, вверх от фронта первичного плавления, поднимается деплетированное и частично выплавленное вещество. Дальнейшее плавление деплетированного вещества происходит выше, при меньших давлениях в довольно широком диапазоне глубин (120–77 км). Далее мигрирует расплав уже от двух источников – глубинного, где плавится фертильное вещество, и промежуточного, где плавится вещество деплетированное. Достигнув уровня температур и давлений, соответствующих его солидусу, расплав образует фронт замерзания, примерно такой же узкий, как и фронт первичного плавления. По мере развития восходящего конвективного потока фронт замерзания смещается вверх. В результате под ним формируется довольно толстый (около 40–50 км) слой вещества, насыщенного «базальтовым» компонентом. Важным результатом моделирования является то, что, несмотря на значительные общие объемы выплавляющегося вещества, единовременное содержание расплава в мантии, при осреднении на объемы с линейным размером порядка 1 км, не превышает десятых долей процента. Экстракция базальтовой выплавки, в связи с обеднением мантийного вещества железом, существенно снижает его плотность. При рассчитанных значениях обеднения матрицы базальтовым компонентом 0.1–0.2 дефицит плотности удваивается, по сравнению тепловым расширением вещества. Стало быть, удваивается и число Рэлея, и интенсивность конвекции, что мы и видим в расчетах – после начала плавления конвекция усиливается.Проведенное опробование модели дает разумную картину, согласующуюся как с известной геолого-геофизической информацией о строении литосферы под развивающимися эпиконтинентальными осадочными бассейнами, так и, в рамках своей детальности, – с результатами моделирования плавления и динамики расплава, полученными путем расчета реакций между компонентами мантийного вещества

ГЕОЛОГО‐ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АНАБАРО‐ХАТАНГСКОЙ НЕФТЕГАЗОНОСНОЙ ОБЛАСТИ; ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ СОЛЯНЫХ КУПОЛОВ (СИБИРСКИЙ СЕКТОР РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ)

The article discusses the geological structure, oil‐and‐gas‐bearing capacities and salt tectogenesis of the Anabar‐Khatanga saddle located on the Laptev Sea shore. In the study area, the platform sediments are represented by the 14‐45 km thick Neoproterozoic‐Mesozoic sedimentary complexes. The regional cross‐sections show the early and middle Devonian salt‐bearing strata and associated salt domes in the sedimentary cover, which may be indicative of potential hydrocarbon‐containing structures. Diapirs reaching the ground surface can be associated with structures capable of trapping hydrocarbons, and typical anticline structures can occur above the domes buried beneath the sediments. In our study, we used the algorithms and software packages developed by A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics (IPGG SB RAS). Taking into account the structural geological features of the study area, we conducted numerical simulation of the formation of salt dome structures. According to the numerical models, contrasting domes that reached the ground surface began to form in the early Permian and developed most intensely in the Mesozoic, and the buried diapirs developed mainly in the late Cretaceous and Cenozoic.Статья посвящена геологическому строению, перспективам нефтегазоносности и процессам соляного тектогенеза в Анабаро‐Хатангской седловине, расположенной на побережье моря Лаптевых. Показано, что разрез платформенных отложений в этом регионе представлен неопротерозойско‐мезозойскими осадочными комплексами мощностью до 14–15 км. Особенностью строения этой территории является наличие в разрезе раннего и среднего девона соленосной толщи и связанной с ней серии соляных куполов, формирующих в осадочном чехле перспективные в отношении нефтегазоносности объекты. С выходящими на поверхность диапирами могут быть связаны структурно‐тектонические ловушки, в то время как над погребенными куполами возможно формирование классических антиклинальных структур. С использованием разрабо‐ танных в ИНГГ СО РАН алгоритмов и программных продуктов и с учетом особенностей геологического строения исследуемой территории выполнены численные эксперименты по моделированию процессов формирования соляно‐купольных структур. Результаты численных экспериментов показали, что формирование контрастных, выходящих на поверхность куполов началось в ранней перми и наиболее интенсивно протека‐ ло в мезозое; основной рост погребенных диапиров интенсивнее всего происходил в позднем мелу и кайнозое

ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ ЭВАПОРИТОВОЙ ФОРМАЦИИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУР СОЛЯНОЙ ТЕКТОНИКИ И ЛОВУШЕК УГЛЕВОДОРОДОВ (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГАЛОКИНЕЗА В ПРИКАСПИИ)

Within the Pre-Caspian sedimentary basin, there is certain regularity in the distribution of types of structures of salt tectonics. It is characterized by concentric zoning corresponding to the change in the sedimentation thickness of the evaporite sequence. As it increases from 0 to 6 km towards the center of the basin, stamp (embryonic) salt uplifts are replaced by salt pillows first and then by salt domes and diapirs, finally changing to salt massifs and amoeboid-shaped salt ridges. In addition, diapirs in the sections of the Pre-Caspian basin, drawn from the drilling and seismic data, are shaped like high-amplitude "fingers" with a flat base, which is not a typical picture of the Rayleigh – Taylor instability development. Since halokinesis is the main factor controlling the migration and accumulation of hydrocarbons in the Preaspian region, background and aim of prospecting and exploration require identifying the specifics of the formation of various types of salt structures and the relationship between their location patterns and halokinesis process.Numerical simulation shows that, depending on the instable layer thickness and its relationship with the total thickness of the overlying layers, the instability development occurs at different rates, forming different types of structures. When the thickness of the instable layer is greater than or comparable to the thickness of the denser overburden, there occur the salt masses. A greater thickness of the overlying layer gives rise to the formation of classical mushroom-shaped diapirs. A small-thickness low-density layer first undergoes a full bending as it rises, so that its top and bottom turn out to be morphologically similar to each other, thus giving a misleading impression of ordinary stamp folds. Somewhat greater thickness of the low-density layer leads to the development of "pillows" therein. Detailed modeling made it possible to relate the specific shape of the Pre-Caspian diapirs to the fact that the basal and top horizons of the evaporite formation, being composed mainly of terrigenous, carbonate and sulfate rocks, have a normal, non-inverse density and mask complex diapiric structures of halite-saturated domal cores.В пределах Прикаспийского осадочного бассейна наблюдается определенная закономерность в размещении структур соляной тектоники разного типа. Она характеризуется концентрической зональностью, соответствующей изменению седиментационной мощности эвапоритовой толщи. По мере ее нарастания от периферии к центру бассейна от 0 до 6 км штамповые (эмбриональные) соляные поднятия сменяются соляными подушками, затем – соляными куполами и диапирами и, наконец, соляными массивами и амебообразными соляными хребтами. Кроме того, диапиры на разрезах Прикаспия, построенных по данным бурения и сейсморазведки, имеют довольно специфический облик высокоамплитудных «пальцев» с плоской подошвой, не характерный для типичной картины развития неустойчивости Рэлея – Тейлора. Поскольку галокинез является основным фактором, контролирующим миграцию и накопление углеводородов в Прикаспии, для обоснованного нацеливания поисково-разведочных работ нужно выяснить специфику формирования различных типов соляных структур и связи закономерностей их размещения с ходом процесса галокинеза.Численным моделированием показано, что в зависимости от толщины неустойчивого слоя и ее соотношения с общей толщиной перекрывающих слоев развитие неустойчивости идет с разной скоростью, формируя различные типы структур. Когда мощность неустойчивого слоя больше или сопоставима с мощностью более плотных перекрывающих пород, формируются соляные массивы. При большей мощности перекрывающего слоя формируются классические грибообразные диапиры. При малой толщине низкоплотного слоя он, всплывая, вначале изгибается целиком, так что морфология его кровли и подошвы оказывается подобной и возникает обманчивое впечатление обычных штамповых складок. Там, где толщина низкоплотного слоя несколько больше, развиваются «подушки». Детальное моделирование позволило установить, что специфическая форма диапиров Прикаспия может быть обусловлена тем, что базальные и венчающие горизонты эвапоритовой формации, будучи сложенными преимущественно терригенными, карбонатными и сульфатными породами, имеют нормальную, неинверсионную, плотность и маскируют сложные диапировые структуры насыщенных галитом ядер куполов

Использование современных CAD/CAM/CAE/PLM-систем при сквозном параллельном цикле подготовки производства

Розглянуто питання використання сучасних CAD/CAM/CAE/PLM-систем при крізному паралельному циклі підготовки виробництва.The task of use of modern CAD/CAM/CAE/PLM-systems in concurrent engineering.Рассмотрены вопросы использования современных CAD/CAM/CAE/PLM-систем при сквозном параллельном цикле подготовки производства

Управление процессом повышения технологичности изделий

Розглянуто питання управління процесом підвищення технологічності виробів.The task of control are considered by process of increase of technological efficiency of products.Рассмотрены вопросы управления процессом повышения технологичности изделий

Использование CALS-технологий в современной промышленности

Розглянуті питання використання СALS-технологій в сучасній промисловості.The task of use of CALS-technologies in modern industry.Рассмотрены вопросы использования CALS-технологий в современной промышленности

The first-approximation model showing the occurrence of epicontinental sedimentary basins due to convective instability of the thermal lithosphere

Modern computational technologies make it possible to simulate practically any concept developed by geologists to investigate the processes of formation of the structures under study, including diametrically opposed ones. Today’s trend is to create complex ‘realistic’ models. Such models are based on a large number of parameters with properly set values and simulate the settings that can be viewed similar to the real situations. However, the adequacy of both the models themselves and the concepts used as the basis for simulation remains the issue of debate. Apparently, it is required to specify a general approach to theoretical constructions in geodynamics, which should ensure that the scope of applicability of the models can be correctly evaluated. Such an approach can be implemented by successive approximations based on the fundamental results of the theory of simple liquids with damping memory, the most general description of irreversible deformation of materials under non-isotropic stress. It is critical to correctly formulate a model in the first approximation. It should be fairly simple and based on reliably established experimental facts, give adequate and clearly interpretable non-trivial results and allow further logical refinement of the details, i.e. the next approximations. This article presents an attempt to strictly follow the requirements and consistently construct a model that can show the occurrence of large epicontinental sedimentary basins, the origin of which has been in the focus of geological studies for many years. Our model is based on the following reliably established facts: (1) at the surface of the planet, in continental areas there is an approximately 300-km-thick thermal boundary layer (TBL), wherein the temperature drop amounts to ~1300–1500 °C; (2) the material of the lithosphere, including the crust, is irreversibly deformed during slow geological processes; (3) the continental crust is the thick layer that is less dense than the material of the mantle. The numerical experiments demonstrate free convection in the upper mantle, which induces countercurrents in the light crust and leads to the occurrence of sedimentary basins above the ascending flows and uplifts above the descending flows, which form platform shields during the transition to the quasi-stationary mode. The parameters of the typical structures formed in the lithosphere and the crust and the sedimentary basins proper are estimated. Revealed are the stages of their evolution, which correlate with the available geological and geophysical data, except for the effects caused, in our opinion, by the higher temperature of the mantle and the dynamics of the resultant melt. (Our next publications will describe modeling with account of decompression melting of the mantle material and separation, migration and freezing of the resultant melt.) The proposed first-approximation model can be used to describe a wide variety of geodynamic processes of similar scales

INFLUENCE OF CHORAL SINGING ON PSYCHO-EMOTIONAL STATE OF SINGERS

Previously we have described certain correlation between the protein composition of mixed saliva (PCMS) and human psycho-emotional state (PES). In this investigation, the analysis of PCMS was used to study the change of PES in the group in the process of creative activities, i.e. choral singing. During the experiment, three groups of singers performed different parts of songs in the course of their regular sessions. The saliva for the analysis was collected from the singers just before and after the choral singing. The results led to the following conclusions. The vast number of singers showed evidence of healthy mental state. During the experiment, in each of the three creative teams there was a relatively harmonious PES of the participants. Collective singing strengthened the positive PES of the most singers. In particular, after singing in the choir a few people were found to have changed their PES from depressive to normal. Also, the processing of the collected data showed that the analysis of the PCMS characteristics allows evaluating not only the direction of the PES change against the background of the creative process, but also the depth of the emotional experience. In conclusion, the results of the research provide an objective basis for the confirmation of the beneficial effects of choral singing on the psyche of the singers