Про механічну поведінку океанічних літосферних плит у зоні субдукції

Abstract

На основі варіаційної скінченноелементної методики, розробленої для в’язкопружних багатошарових оболонок з урахуванням зсувної жорсткості, проведено моделювання механічної поведінки океанічних в’язкопружних літосферних плит під час їх занурення у в’язку мантію в зоні субдукції. При цьому сили в’язкого тертя, які діють на плиту з боку мантії, визначено за законом Блазіуса. Виявлено, що в процесі занурення в мантію у зоні субдукції океанічні літосферні плити зазнають деформації згину, причому цей процес залежить як від товщини, так і ширини плити і має нелінійний характер. Зі збільшенням ширини літосферні плити зазнають сильніших деформацій згину, втрачаючи при цьому свою початкову форму. Разом з тим збільшення товщини плити приводить до зростання її стійкості, а тому до здатності зберігати початкову форму. За розрахунками, помірно товсті й достатньо широкі океанічні літосферні плити під час занурення, в процесі деформації згину, здатні приймати форму у вигляді літери “S”.

На основе вариационной конечно-элементной методики, разработанной для вязкоупругих слоистых оболочек с учётом сдвиговой жесткости, проведено моделирование механического поведения вязкоупругих океанических литосферных плит при погружении в вязкую мантию в зоне субдукции. При этом силы вязкого трения, действующие на плиту со стороны мантии, определялись по закону Блазиуса. Установлено, что при погружении в мантию в зоне субдукции океанические литосферные плиты испытывают деформации изгиба. Причем этот процесс зависит как от толщины, так и ширины плиты и носит нелинейный характер. По мере увеличения ширины литосферные плиты испытывают более сильные деформации изгиба, теряя при этом свою первоначальную форму. В то же время увеличение толщины плиты приводит к повышению ее запаса прочности, а значит, и способности сохранять начальную форму. Согласно расчетам, умеренно толстые и достаточно широкие океанические литосферные плиты при погружении, в процессе изгибного деформирования, способны принимать форму в виде буквы “S”.

A modeling of mechanical behavior of the oceanic viscous-elastic lithospheric plates during its sinking into the viscous mantle in the subduction zone was carried out on the base of variation finite-element method elaborated for viscous-elastic foliated shells subject to the shift rigidity. Friction mantle forces acting on the plate were defined on the base of the Blazius low. An analysis of the obtained results shows that during sinking into the mantle oceanic lithospheric plates are going through bending deformation. And this process depends on thickness and width of the plate and has a non linear behavior. As their width increasing lithospheric plates go via more dramatic bending deformation process and lose their initial form. At the same time increasing of the plate thickness leads to rising its durability and so ability to save initial form. The calculations show that moderately thick and wide enough oceanic lithospheric plates during the sinking, in process of bending deforming, can be shaped into “S” form.