Menu

Быстрая изменчивость параметров геологической среды

В связи с возникшими проблемами регулирования сейсмического процесса необходимо более внимательно рассматривать эффекты быстрой изменчивости параметров среды. Сейчас уже накопился значительный материал по изменчивости различных геофизических и гидрогеохимических параметров в верхних слоях коры, а по сейсмическим данным в более глубоких слоях [Лукк и др., 1994; Динамические.., 1994].

Нельзя не отметить высокоамплитудные изменения уровня подземных вод, достигающие десятков метров, предшествующих землетрясениям различной энергии. Весьма показательны эффекты, сопровождающие два Газлийских землетрясения (1976г.) с магнитудами 7 и 7.3 с интервалом времени между ними чуть больше месяца и почти на одном эпицентральном расстоянии в 560км. Последний обзор этих и ряда других данных приведен в [Киссин, 2007]. На этой же скважине контролировались сейсмические события в Иране (18.08, 30.08 и 09.09.1990 г.) с магнитудами 5.7 (эпицентральное расстояние 230км), 5.1 и 5.6 на эпицентральном расстоянии 90км. Очевидно, что эти аномальные эффекты не являются предвестниками конкретных землетрясений, а отражают локальные процессы в твердой фазе коры, связанные с изменениями объемов элементов среды при региональном ее возбуждении. Можно говорить также, что аналогичная региональная обстановка сопровождала протекание Таншаньского землетрясения в Китае 28.07.1976 г. с магнитудой 7.8. Аномальные эффекты в скважинах наблюдались на расстояниях 200 и 240км от будущего эпицентра. Высокоамплитудные скачки уровня воды в некоторых скважинах лучше связывать с особенностями геологического строения и пространственными особенностями эндогенного возбуждения среды восходящими потоками легких газов, а также их тонкой структурой. Это хорошо видно по данным наблюдений изменения уровня воды в одной из так называемых "чувствительных зон" в Прикопетдакской структуре Туркменистана. Скважины, находящиеся на расстояниях в несколько десятков километров одновременно не чувствительны к одним и тем же землетрясениям [Киссин, 2007]. То есть, можно говорить только о локальном действии среды на скважину.

Известны наблюдения изменчивости уровня микросейсмического фона в различных регионах, например, [Лукк и др., 1994; Динамические..., 1994]. Мы же здесь приведем результаты многолетних наблюдений микросейсмического поля и оценок связи уровня поля с объемно- напряженным состоянием среды на Кавминводском полигоне. Эти работы выполнялись Центром ГЕОН им В.В. Федынского и Институтом геоэкологии РАН [Попова и др., 2006]. Исследования проводились 11 сейсмостанциями типа Альфа-Геон, расположенных на площади 70x70 квадратных километров. Энергия напряженного состояния среды в зависимости от времени в контролируемой зоне оценивалась по энергии обменных волн PS от далеких землетрясений. На рис. 6.1 приведены средние значения амплитуд микросейсмического поля (для ночного времени) и осредненные ряды в зависимости от времени для четырех точек контроля. Две точки контроля расположены в области низкоскоростных осадков (SVR, PRK), а точки BSH и LSI- в области высокоскоростной сейсмогенной структуры. Разница скоростей составляет 0.8-1.0 км/с. Как видно, средние амплитуды фона резко и не синхронно меняются во времени от 0.002 до 0.055 мкм. Осредненные зависимости поля носят примерно идентичный характер. При этом существенно меняется картина распределения микросейсмического фона по площади контроля в зависимости от времени (рис. 6.2). Заметна постоянная миграция области повышенного фона, изменение ее размеров и контрастности, что подтверждает отсутствие влияния техногенных факторов. Отмечено также, что временная зависимость осредненного уровня микросейсмического поля коррелирует с изменением параметра напряженного состояния S (см. главу 2) и наблюдается резкое уменьшение микросейсмического поля в зоне контроля за 30-40 суток до сильного события (М =5.1), происшедшего на расстоянии около 250 км. Эти данные еще раз подчеркивают пространственный масштаб зоны эндогенного возбуждения среды, предшествующий сильным сейсмическим событиям.

На этом же полигоне была показана быстрая изменчивость характеристик среды после сильнейших землетрясений западнее острова Суматра (26.12.2004, М=9 и 28.03.2005, М=7.2) [Попова и др., 2007]. Было показано, что после этих событий на полигоне контроля резко изменился характер распределения параметра у = Ег / Еу (здесь Ег и Еу


[image]

 

 

[image]

 

Рис. 6.1 Изменение средних амплитуд микросейсмического поля (фона) в зависимости от времени для различных точек регистрации. Жирная линия - осредненные данные.

Соответственно энергии горизонтальных радиальной и тангенциальной компонент обменных волн) по площади (рис. 6.3). По мнению авторов, этот параметр в большей мере характеризует изменение свойств анизотропных сред. В течение первых трех суток после первого события

[image]

 

 

« -1 А -2[image]

 

5:00 10.06.96

23:52 30.06.96

0:35 6.12.97

20 40 60

20 40 60

6[image]

 

22:29 24.09.97

5:15 21.08.98

 

Рис. 6.3 Изменение параметров среды (в зоне мониторинга, Кавминводский полигон) в периоды катастрофических Суматранских землетрясений. 1 - сильнейшие землетрясения, 2 - расположение станций мониторинга.

Степень анизотропности среды увеличивается, в последующие две недели усиливается контрастность области повышенных значений у, что означает также возрастание степени напряженности состояния среды. Такой же характер процессов в среде наблюдался также после второго события . Более слабые изменения свойств среды проявились после события в Пакистане 8 октября 2005г. с М=6.0. Сразу после этих событий регистрировались интенсивные поверхностные волны с периодами 15 - 20с. На их фоне были записаны весьма сильные сейсмические события с М = 7.2 (26.12.2004г., Никобарские острова). Можно связывать изменение напряженного состояния среды с длительным воздействием на нее поверхностных волн. Очевидно, что их влияние возможно лишь на наиболее подвижную компоненту флюида - водород и гелий. После Суматранских землетрясений в радиусе до 250км от центра полигона наблюдалось усиление сейсмичности с магнитудами более 4. Событие с М > 4 произошло также в зоне полигона (рис. 6.4). Эти эффекты в целом аналогичны действиям на среду упругих волн подземных ядерных взрывов или более слабых землетрясений [Николаев и Верещагина, 1991; Николаев, 1999]. Однако можно ожидать, что реакция геологической среды будет в определенной мере зависеть от уровня эндогенного возбуждения среды и его пространственного масштаба.

[image]

^Qt магнитуда М—4,8-5,1 1 -положение во времени далеких катастрофических

• магнитуда М=4,1-4,7 землетрясений 00ч 58м 26.12.04, 16ч 8м 28.03.05 и Зч 54м 8.10.05

Рис. 6.4 Изменение степени напряженного состояния среды во времени в зоне мониторинга и сейсмические события , произошедшие в радиусе 250 км от сети. Большая звездочка - события с М = 4.8-5.1, маленькая звездочка - М = 4.1-4.7. Стрелки - Суматранские и Пакистанское катастрофические землетрясения.

 

[image]

 

Рис. 6.5 Скоростное поле продольной волны V по глубине Карымского вулканического центра: а - 1 января, б - 2 января, в - 3 января - 20 февраля 1996 г. 1 - сейсмическая станция, 2 - Карымский вулкан, 3 - сильное землетрясение.

В последние несколько лет были получены удивительные (для протекания в Земле быстрых процессов) данные по изменению скоростей упругих волн в отдельные периоды, близкие к моментам сильных землетрясений и активизации вулканической деятельности [Славина и др., 2005]. На рис. 6.5 приведены изменения скоростного строения среды в период активизации Карымского вулканического центра. Здесь 1 января 1996г. произошло сильное землетрясение с М = 7.0. 2 января произошло извержение в кальдере Академии Наук. С 3 января по 20 февраля наблюдался период извержения и его завершения. Для выяснения длительности существования обнаруженных скоростных зон вычислены скорости в относительно спокойный период с марта 1996 г. по декабрь 1998г.

[image]

X, км

Z, км

 

 

Z, KM

Vp, км/с

[image]

 

50 40 30 20 10 0 -10 20 30 -40

Рис. 6.6 Вертикальный скоростной разрез Vp (Z) продольных скоростей в период Кроноцкого землетрясения. а - период 3 - 7 декабря 1997 г., б - период 7 - 20 декабря 1997 г., в - период 21 декабря 1997 г. - 31 декабря 1998 г.

X, км

8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.2 3.5

Z, км

Обнаружены также быстрые пространственные изменения скоростного строения очаговой области Кроноцкого землетрясения (5 декабря 1997 г., М = 7.8). Выделены три зоны, отличающиеся не только по сейсмической активности, но и по параметрам поля скоростей: северо-восточная - область главного толчка и форшоков, центральная и юго-западная. В качестве примера приведем поля скоростей V в юго- западной области в периоды 03.12 - 07.121997г., 07.12. - 20.12*1997 г. и 21.12.1997 - 31.12.1998г. (рис. 6.6.) [Славина и др., 2007]. Сразу после сильных землетрясений скорость распространения продольных волн оказывается меньшей, чем это предполагается на данной глубине. В период затухания афтершоковой активности скорости возрастают, т.е. происходит восстановление скоростного строения среды. Интересны также результаты, показывающие отсутствие единой очаговой зоны Кроноцкого землетрясения. Это означает, что главное землетрясение и два его сильнейших афтершока вероятно являются самостоятельными событиями. Афтершоки приурочены к поперечной структуре, являющейся самостоятельным разрывом и границей активизировавшегося блока. Фактически можно говорить о том, что распределение в пространстве сильных афтершоков соответствует "клавишной модели" сейсмофокальной зоны.

Таким образом, весьма быстрая изменчивость скоростных параметров среды прямо подтверждает существование процессов, влияющих именно на параметры кристаллических структур. Скорость этих процессов исключает даже возможность рассмотрения влияния медленных тектонических движений и метаморфизма. В тоже время действие упругих волн сильных землетрясений на кристаллические структуры может привести к быстрому перераспределению легких газов из положения фаз внедрения во вновь образующиеся дефектные места, ускорению восходящей диффузии легких газов и их струйного течения, постепенному установлению нового распределения легких газов по глубине (характерное для каждого выделенного объема), которое будет контролировать в последующий период фоновую сейсмическую активность. Иллюстрацией таких эффектов в геологической среде могут быть примеры струйного течения легких газов и их выбросов при превышении концентраций в локальных структурах близких к предельным (см. главу 4) При этом следует особо подчеркнуть, что многочисленные исследования показывают, что отдельно взятые объемы литосферы характеризуются собственными режимами вариаций параметров среды [Атлас..,2002].

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4223 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7423 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4412 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Некоторые конструктивные размеры и соотн…

Толщина стенки блока цилиндров, и картера в чугунном литье 3,5÷8мм, перегородок 4÷7мм. Минимальная толщина стенок ограничивается возможностью выполнения отливки. При изготовлении блока цилиндров и картера из алюминиевого сплава толщина стенок...

25-08-2013 Просмотров:4437 Основы конструирования автотракторных двигателей

Инварианты напряженного и деформированно…

Применение инвариантов напряженного и деформированного состояний в механике грунтов началось с появления и развития исследований грунтов в приборах, позволяющих осуществлять двух- и трехосное деформирование образцов в условиях сложного напряженного состояния...

25-08-2013 Просмотров:6735 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Расчет моноопоры, находящейся в проеме п…

Уже отмечалось, что для случаев эксплуатации моноопоры по схемам I и II даже при отсутствии технологической силы подобрать простое выражение, достаточно хорошо описывающее форму изогнутой оси в нагруженном состоянии, как...

12-01-2011 Просмотров:3760 Морские буровые моноопорные основания