Semiempiric estimate of locations of prospective oil- and gas-bearing and metallogenic zones in the Northern Caucasus

UDC 550.311
Publication date: 30.05.2026
International Journal of Professional Science №5(2)-26

Semiempiric estimate of locations of prospective oil- and gas-bearing and metallogenic zones in the Northern Caucasus

Gavrilov Sergei Vladilenovich
Doctor of physical and mathematical sciences, Main scientist of the laboratory 102,
Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences
Abstract: Assuming mantle oil- and gas-bearing rocks and metallogenic solutions being transported from the mantle wedge to the Earth’s surface by the local upwelling convective flows prospective oil- and gas-bearing and metallogenic zones in the Northern Caucasus are estimated to be localized at certain ‘hot spots’ opposite to the main presently extinct volcanoes, these ‘hot spots’ being shifted by (1–2)102 km northward off the Great Caucasus ridge. Semi-empiric formula for the modeled separation between a Caucasus summit, like Elbrus, and corresponding opposite ‘hot spot’, like that at Pyatigorsk, is derived on the basis of analytical solution of the linear mantle convective instability problem in the mantle wedge previously investigated by the authors taking account of the averaged temperature and pressure dependence of viscosity. The observed Elbrus – Pyatigorsk distance coincides with the model one within the accuracy of 20%, thus the formula for the volcano–hot spot separation derived here can be used for prospecting new oil- and gas-bearing and metallogenic zones opposing extinct or active volcanoes of island or continental margins volcanic chains. Calculation of convective perturbations growth rates in the Caucasia mantle wedge allows concluding the subduction velocity to previously (prior to 10 Myr) be equal to 70 mm a year, to subsequently be reduced to less than 60 mm a year, which reduction was the probable cause for the volcanoes extinction. Adequacy of the model proposed here to observations serves the Caucasian rheological mantle wedge parameters (activation energy 240 kJmol–1, mean viscosity 21020 Pas) to be close to realistic.
Keywords: dissipative heating in the mantle wedge, conductive heat and mass transfer, angle and velocity of subduction, oil- and gas-bearing and metallogenic zones.

Введение

В тылу зон субдукции позади передовой дуги и вулканической цепи, параллельных желобу, наблюдаются 2D зоны окраинного раздвигания или растяжения литосферы, характеризуемые повышенным тепловым потоком на дневной поверхности [1, рис. 4.57]; [2]. В зонах окраинного раздвигания образуются окраинные бассейны или грабены [3]. С зонами повышенного теплового потока, как правило, связаны нефтегазоносные (и, возможно, металлоносные) зоны [4]. Субдуцирующие блоки экранируют тепловой поток из нижележащей мантии, в силу чего термические и конвективные аномалии формируются  в мантийном клине за счет диссипативного тепловыделения в вязком течении, вызываемом в астеносфере пододвигающейся плитой. На меньших расстояниях от «острия» мантийного клина встречные движения вещества в астеносфере сближены, скорости деформации и диссипативное тепловыделение выше, а на бóльших расстояниях последнее падает. Конвективный же механизм выноса диссипативного тепла более эффективен на бóльших  расстояниях от желоба, где мощность слоя, охваченного конвекцией больше, и больше локальное число Рэлея. В силу этого конвективный вынос тепла восходящими конвективными течениями (в виде продольных валов переменной толщины и поперечных к субдукции вихрях Карига) максимальны на некоторых определенных расстояниях от желоба. При этом, с учетом зависимости вязкости от температуры и давления, расстояние от желоба до зоны максимального 2D выноса диссипативного тепла превышает расстояние от желоба до 3D зоны максимального выноса диссипативного тепла, в которой (3D зоне) формируется вулканическая цепь. Можно ожидать, что 3D конвекция «модулирует» 2D конвективный вихрь Карига таким образом, что против каждой вулканической постройки в тылу зоны субдукции формируется «горячая точка», в которой локализуется вынос мантийных углеводородов и металлоносных растворов из мантийного клина.

 Читать далее…

References

1. Turcotte D.L., Schubert G. Geodynamics: Applications of Continuum Physics to Geological Problems. New York: John Wiley & Sons. 1982. p. 732.
2. Pollack B.N., Hurter S., Johnson J.R. The New Global Heat Flow Data Compilation. EOS Trans, AGU. 1990. No. 71. p. 1604.
3. Uyeda S. The New View of the Earth. San Francisco: W.H. Freeman Company. 1978. 217 p.
4. Isayev V.I., Lobova G.A., Fomin A.N., Bulatov V.I., Kuzmenkov S.G., Galieva M.F., Krutenko D.S. Teplovoy potok I neftegazonosnost (poluostrov Yamal, Tomskaya oblast) //
Georesursy. 2019. No.: 21(3). pp. 125–135. DOI: https: // doi/org/10 18599/grs/2019.3.125-135.
5. MacKenzie D.P. Speculations on the consequences and causes of plate motion // Geophys. J. of Roy. Astron Soc. 1969. V.18. pp. 1–32.
6. Gavrilov S.V. Issledovanie mehanizma formirovaniya ostrovnyh dug i tylovogo razdviganiya litosfery (Investigation of the island arc formation mechanism and the back-arc lithosphere spreading) // Geofizicheskie Issledovaniya (Geophysical Researches). 2014. V.15. No.:4. pp. 35–43.
7. Zharkov V.N. Physics of the Earth’s Interiors. Duesseldorf: Lambert Academic Publishing. 2019. 438 p.
8. Kharitonov A.L., Gavrilov S.V. Distribution of Metallogenic Zones of the Caucasus Region Originated as a Result of the Subduction of the Lithosphere of the Tethys Paleo-Oceanic Plate under the East-European Paleo-Continental Plate // Acta Geodynamica et Geomaterialia. 2021. V.18. No. 2(202). pp. 199-208. DOI: DOI: https://doi/org/10.13168/AGG.2021.0014
9. Smirnov Ya.B. (editor). Karta Teplovogo Potoka Territorii SSSR I Sopredelnykh Rayonov. Moscow: GUGK. 1980. (The Map of the Heat Flow at the USSR Territory and Adjacent Regions. Moscow: MAGC. 1980.
10. (Heat flow and oil- and gas-bearing capacities (peninsula Yamal, Tome Region) // Geo Resources. 2019. No.: 21(3). pp. 125 – 135. DOI: https://doi/org/10.18599/grs/2019.3.125-135.