Modele reologiczne litosfery w poprzek szwu transeuropejskiego w północnej i zachodniej części Polski

• Autorzy: Jarosiński M. , Dąbrowski M.

Warianty tytułu

EN

Rheological models of the lithosphere across the Trans-European suture Zone in northern and western part of Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Modelowanie reologii litosfery przeprowadzono wzdłuż 5 przekrojów sejsmicznych projektu POLONAISE’97 oraz wzdłuż przekrojów TTZ i LT-7. Modele termiczne litosfery wskazują na skokowy wzrost intensywności produkcji ciepła radiogenicznego pomiędzy blokami tektonicznymi przylegającymi do kratonu wschodnioeuropejskiego (EEC), a pozostałymi fragmentami skorupy, należącymi do szeroko pojętej strefy TESZ. Na tej podstawie wyznaczono hipotetyczną granicę pomiędzy blokami o proweniencji baltickiej i gondwańskiej. Modele litologiczne poszczególnych warstw litosfery zbudowano na podstawie rozkładów prędkości podłużnej fali sejsmicznej (Vp). Parametry funkcji potęgowej pełźnięcia mikrodyslokacyjnego dla każdej warstwy obliczono poprzez uśrednienie parametrów dla jej składników litologicznych. Skonstruowano alternatywne modele reologiczne dla trzech wariantów tempa deformacji i trzech reżimów tektonicznych. W rezultacie otrzymano charakterystykę mechaniczną litosfery w postaci rozwarstwienia krucho-podatnego, ze wskazaniem poziomów możliwego mechanicznego odkłucia. Oszacowano również całkowitą wytrzymałość litosfery oraz przedstawiono rozkład wytrzymałości pomiędzy skorupą a płaszczem. Przedyskutowano niektóre aspekty spójności modelu reologicznego z koncepcjami tektonicznymi badanego obszaru.

EN

A complex crustal structure and significant lateral changes in the surface heat flow make the TESZ an interesting object for a study of the rheological differentiation of the lithosphere. Two-step, 1D thermal and mechanical modelling were performed for the POLONAISE'97, TTZ and LT-7 deep seismic sections. The results of thermal modelling indicate that the heat production in the EEC-type of the crust is significantly less than in the rest of the crust within the TESZ. The difference in a radiogenic heat production points to a hypothetical limit of the Gondvana-derived terranes and the Baltica-type of crust. Based on the seismic velocity structure, petrological models for discriminated lithospheric layers were built. Parameters of the "power law" creep function for each layer were calculated by averaging of adequate parameters for its petrological constituents. Rheological modelling for a scope of the most probable strain rates and tectonic regimes lead, to identification of a brittle/ductile stratification of the lithosphere and location of potentially mechanical decoupling levels. Also an integrated strength of the lithosphere was estimated with differentiation between the crustal and mantle strength. The consistency of rheological models was compared with the concept of tectonic evolution of research area, than some alternative solutions of rheological models were discussed.

Słowa kluczowe

PL

reologia; geodynamika; litosfera

EN

geodynamics; lithosphere; rheology

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 188
• Strony: 143--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz.

Twórcy

autor

Jarosiński M.

• Państwowy Instytut Geologiczny, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa

autor

Dąbrowski M.

• Polska Akademia Nauk, obecnie: Physics of Geological Processes, University of Oslo

Bibliografia

• 1. Austrheim, H., Erambert, M., & Engvik, A. K. (1997). Processing of crust in the root of the Caledonian continental collision zone: The role of eclogitization. Tectonophysics, 273(1-2), 129-153. doi:10.1016/S0040-1951(96)00291-0
• 2. Bakun-Czubarow, N. (2006). Selected physical parameters of minerals and rocks versus pressure and temperature, their usefulness in interpretation of geophysical data. Prace - Państwowego Instytutu Geologicznego, (188), 9-24.
• 3. Balling, N. (1995). Heat flow and thermal structure of the lithosphere across the Baltic Shield and northern Tornquist Zone. Tectonophysics, 244(1-3), 13-50. doi:10.1016/0040-1951(94)00215-U
• 4. Bojarski, L. (1996). Atlas Hydrochemiczny I Hydrodynamiczny Paleozoiku I Mezozoiku Oraz Ascenzyjnego Zasolenia Wód Podziemnych Na Niżu Polskim. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
• 5. Byerlee, J. (1978). Friction of rocks. Pure and Applied Geophysics PAGEOPH, 116(4-5), 615-626. doi:10.1007/BF00876528
• 6. Carter, N. L., & Tsenn, M. C. (1987). Flow properties of continental lithosphere. Tectonophysics, 136(1-2), 27-63. doi:10.1016/0040-1951(87)90333-7
• 7. Čermák, V., & Bodri, L. (1991). A heat production model of the crust and upper mantle. Tectonophysics, 194(4), 307-323. doi:10.1016/0040-1951(91)90300-H
• 8. Chopra, P. N., & Paterson, M. S. (1981). The experimental deformation of dunite. Tectonophysics, 78(1-4), 453-473. doi:10.1016/0040-1951(81)90024-X
• 9. Clauser, C. (1988). Opacity - the concept of radiative thermal conductivity. Handbook of Terrestrial Heat-Flow Density Determination, , 143-165.
• 10. Clauser, C., & Huenges, E. (1995). Thermal conductivity of rocks and minerals. Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants, 3, 105-126. W: (red. R. Haenel i in.): Kluwer Academic Publishers, Solid Earth Science Library, Dordrecht-Boston-London.
• 11. Cloetingh, S., & Banda, E. (1992). Europe's lithosphere - physical properties: Mechanical structure. A Continent Revealed: The European Geotraverse, , 80-91.
• 12. Cotte, N., Pedersen, H. A., Gregersen, S., Berthelsen, A., Thybo, H., Mosegaard, K., Engdahl, E. R. (2002). Sharp contrast in lithospheric structure across the Sorgenfrei-Tornquist Zone as inferred by Rayleigh wave analysis of TOR1 project data. Tectonophysics, 360(1-4), 75-88. doi:10.1016/S0040-1951(02)00348-7
• 13. Evans, B., & Kohlstedt, D. L. (1995). Rheology of rocks. Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants, 3, 148-165.
• 14. Fyfe, W. S. (1997). Deep fluids and volatile recycling: Crust to mantle. Tectonophysics, 275(1-3), 243-251. doi:10.1016/S0040-1951(97)00023-1
• 15. Gleason, G. C., & Tullis, J. (1995). A flow law for dislocation creep of quartz aggregates determined with the molten salt cell. Tectonophysics, 247(1-4), 1-23. doi:10.1016/0040-1951(95)00011-B
• 16. Gölke, M., & Coblentz, D. (1996). Origins of the European regional stress field. Tectonophysics, 266(1-4), 11-24. doi:10.1016/S0040-1951(96)00180-1
• 17. Grad, M., & Guterch, A. (2006). Seismic models of the crustal structure of the Trans-European Suture Zone (TESZ) in northwestern and central Poland. Prace - Państwowego Instytutu Geologicznego, (188), 41-52.
• 18. Guterch, A., Grad, M., Janik, T., Materzok, R., Luosto, U., Yliniemi, J., Forste, K. (1994). Crustal structure of the transition zone between Precambrian and Variscan Europe from new seismic data along LT-7 profile (NW Poland and eastern Germany). Comptes Rendus - Academie Des Sciences, Serie II: Sciences De La Terre De Des Planetes, 319(12), 1489-1496.
• 19. Guterch, A., Grad, M., Thybo, H., Keller, G. R., Czuba, W., Gaczyński, E., Lund, C. -. (1999). POLONAISE '97 - an international seismic experiment between Precambrian and Variscan Europe in Poland. Tectonophysics, 314(1-3), 101-121. doi:10.1016/S0040-1951(99)00239-5
• 20. Jaoul, O., Tullis, J., & Kronenberg, A. (1984). EFFECT OF VARYING WATER CONTENTS ON THE CREEP BEHAVIOR OF HEAVITREE QUARTZITE. Journal of Geophysical Research, 89(B6), 4298-4312. doi:10.1029/jb089ib06p04298
• 21. Jarosiński, M. (1999). Badania współczesnych naprężeń skorupy ziemskiej w głębokich otworach wiertniczych w Polsce metoda analizy struktur breakouts. Instr.Met.Bad.Geol, 56, 1-147.
• 22. Jarosiński, M. (2004). Evaluation of recent collision-related tectonic push in the Eastern Mediterranean-Caucasus zone: FEM modeling approach. Boll.Geofisica Teorica Ed Applicata, 45, 33-36.
• 23. Jarosiński, M. (2005). Ongoing tectonic reactivation of the Outer Carpathians and its impact on the foreland: Results of borehole breakout measurements in Poland. Tectonophysics, 410(1-4), 189-216. doi:10.1016/j.tecto.2004.12.040
• 24. Jarosiński, M. (2005). Recent tectonic stress regime in Poland based on analyses of hydraulic fracturing of borehole walls. Przegląd Geologiczny, 53(10 I), 863-872.
• 25. Jarosiński, M., Poprawa, P., & Beekman, F. (2002). Rheological structure of the Trans-European Suture Zone along LT-7 deep seismic profile (NW Poland and SE Germany). Przegląd Geologiczny, 50(11), 1073-1081.
• 26. Jarosiński, M., Poprawa, P., & Da̧browski, M. (2002). Rozwarstwienie reologiczne litosfery - wprowadzenie do metody modelowań cyfrowych. Prz.Geol., 50, 876-892.
• 27. Ji, S. C., & Xia, B. (2002). Rheology of polyphase earth materials. Rheology of Polyphase Earth Materials.
• 28. Karwasiecka, M., & Bruszewska, B. (1997). Gęstość powierzchniowego strumienia cieplnego ziemi na obszarze Polski. Nr 060 21/98. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
• 29. Kirby, S. H. (1985). Rock mechanics observations pertinent to the rheology of the continental lithosphere and the localization of strain along shear zones. Tectonophysics, 119(1-4), 1-27. doi:10.1016/0040-1951(85)90030-7
• 30. Kronenberg, A. K., & Tullis, J. (1984). FLOW STRENGTHS OF QUARTZ AGGREGATES: GRAIN SIZE AND PRESSURE EFFECTS DUE TO HYDROLYTIC WEAKENING. Journal of Geophysical Research, 89(B6), 4281-4297. doi:10.1029/jb089ib06p04281
• 31. Lamontagne, M., & Ranalli, G. (1996). Thermal and rheological constraints on the earthquake depth distribution in the charlevoix, canada, intraplate seismic zone. Tectonophysics, 257(1 SPEC. ISS.), 55-69. doi:10.1016/0040-1951(95)00120-4
• 32. Lankreijer, A., Bielik, M., Cloetingh, S., & Majcin, D. (1999). Rheology predictions across the western Carpathians, Bohemian massif, and the Pannonian basin: Implications for tectonic scenarios. Tectonics, 18(6), 1139-1153. doi:10.1029/1999TC900023
• 33. Majorowicz, J. A. (2004). Thermal lithosphere across the Trans-European Suture Zone in Poland. Geological Quarterly, 48(1), 1-14.
• 34. Majorowicz, J. A., Čermak, V., Šafanda, J., Krzywiec, P., Wróblewska, M., Guterch, A., & Grad, M. (2003). Heat flow models across the Trans-European Suture Zone in the area of the POLONAISE'97 seismic experiment. Physics and Chemistry of the Earth, 28(9-11), 375-391. doi:10.1016/S1474-7065(03)00059-7
• 35. Mazur, S., & Jarosiński, M. (2006). Deep basement structure of the Palaeozoic platform in southwestern Poland in the light of Polonaise'97 seismic experiment. Prace - Państwowego Instytutu Geologicznego, (188), 203-222.
• 36. Panza, G. F. (1985). Lateral variations in the lithosphere in correspondence of the southern segment of EGT. Second EGT Workshop: The Southern Segment, , 47-51. W: (red. D.A. Galson, St. Muller): European Science Foundation, Strasbourg, France.
• 37. Pasquale, V., Verdoya, M., & Chiozzi, P. (1991). Lithospheric thermal structure in the Baltic shield. Geophysical Journal International, 106(3), 611-620. doi:10.1111/j.1365-246X.1991.tb06333.x
• 38. Plenefisch, T., & Bonjer, K. -. (1997). The stress field in the Rhine Graben area inferred from earthquake focal mechanisms and estimation of frictional parameters. Tectonophysics, 275(1-3), 71-97. doi:10.1016/S0040-1951(97)00016-4
• 39. Post Jr., R. L. (1977). High-temperature creep of mt. burnet dunite. Tectonophysics, 42(2-4), 75-110. doi:10.1016/0040-1951(77)90162-7
• 40. Pozaryski, W., Brochwicz-Lewiński, W., Brodowicz, Z., Jaskowiak-Schoeneich, M., Milewicz, J., Sawicki, L., & Uberna, T. (1979). Mapa geologiczna Polski i krajów ościennych - bez utworów kenozoicznych, 1:1 000 000. Wyd. Geol., Warszawa.
• 41. Puziewicz, J. (2006). Lower crust and uppermost mantle rocks in the area of the Polonaise'97 seismic experiment - petrologic-seismic models. Prace - Państwowego Instytutu Geologicznego, (188), 53-68.
• 42. Ranalli, G. (1995). Rheology of the Earth. Sec. Ed. Chapman and Hall, London
• 43. Ross, J. V., & Nielsen, K. C. (1978). High-temperature flow of wet polycrystalline enstatite. Tectonophysics, 44(1-4), 233-261. doi:10.1016/0040-1951(78)90072-0
• 44. Shelton, G., & Tullis, J. (1981). Experimental flow laws for crustal rocks. Eos Trans.AGU, 62(17), 396.
• 45. Swarbrick, R. E., Osborne, M. J., & Yardley, G. S. (2002). Comparison of overpressure magnitude resulting from the main generating mechanisms. Pressure Regimes in Sedimentary Basins and their Prediction, 76, 1-12.
• 46. Szewczyk, J. (2002). Evidences of the Pleistocene-Holocene climatic changes in the deep well temperature profiles from the Polish Lowlands. Przegląd Geologiczny, 50(11), 1109-1114.
• 47. Wilks, K. R., & Carter, N. L. (1990). Rheology of some continental lower crustal rocks. Tectonophysics, 182(1-2), 57-77. doi:10.1016/0040-1951(90)90342-6
• 48. Zuchiewicz, W. (2000). Mapy w skali 1:5 000 000. Współczesne ruchy tektoniczne, ruchy tektoniczne w czwartorzędzie I, II. jednostki neotektoniczno-strukturalne. Encyklopedia Geograficzna Świata. Atlas Polski, , 29-30. W: (red. W. Maciejowski, R. Uliszak): Wyd. OPRES, Kraków.