Menu

Динамическая модель неустойчивости литосферы

Как уже отмечалось, обоснованием переноса лабораторных данных на условия литосферы является то, что концентрация водорода и гелия (даже по отдельности), присущие твердой фазе литосферы, достаточны для перевода горных материалов в неустойчивое состояние, проявляющееся в вариациях объема (расширение-сжатие, сжатие-расширение) [Гуфельд и др., 1993, 1998; Gufeld et al., 1997].

[image]

Рис.5.1 Вариации объемно-напряженного состояния геологической среды, отражающие в граничных структурах (1) фоновый сейсмический процесс (2) и процесс подготовки очага сильного землетрясения (3), а в блоковой структуре (4) - непрерывные изменения параметров. 5,6 - локальные и крупномасштабные цепочки механических зацеплений. 7 - зоны растяжения и сжатия. 8 - потоки легких газов.

В литосфере существуют постоянные и меняющиеся во времени восходящие потоки легких газов. Каждая из локализованных по глубине зон при прохождении через нее легких газов будет испытывать вариации объема. За счет естественной модуляции восходящего потока по глубине установится чередование зон сжатия (+) и расширения (-) (рис. 5.1). При этом в вертикальной плоскости будет происходить не

прерывное замещение друг другом зон сжатия и расширения. Очевидно, что вариации ОНС в смежных зонах блочных структур не будут синхронными. С ними необходимо связывать непрерывные изменения различных полей: деформаций, наклонов, проводимости, уровня воды, фоновой сейсмичности и др. Рассмотренная модель вариаций ОНС среды подтверждает данные мониторинга. Литосфера является открытой и неравновесной системой, в которой ее параметры непрерывно меняются. В такой среде непрерывность и разномасштабность вариации различных полей позволяла подобрать сильным землетрясениям подходящее возмущение - "предвестник" [Трапезников, 1993], хотя его причинно-следственная связь с активными процессами в граничных структурах не была доказана.

Сейсмический процесс реализуется преимущественно по границам блоков и разломов, где наблюдается активная циркуляция флюидной фазы и возможна подкачка газовых компонент из мантии. Граничные структуры также находятся в предельном по энергонасыщенности состоянии. Можно говорить о двух режимах функционирования активных границ: фоновом и формирования и распада крупномасштабных нестабильных структур - очагов (см. рис. 5.1). Очевидно, что фоновый режим характеризуется непрерывными процессами взаимного перемещения (движения) блоков, сопровождаемое вариациями различных полей, в том числе и сильными, которые считали предвестниками землетрясений. В фоновом режиме в граничных структурах, также как и внутри блоковых, устанавливается динамический процесс чередования зон сжатия и расширения. В "всплывающих" зонах расширения нарушается аккомодация между элементами в граничных структурах, возникают дополнительные напряжения и локальные механические зацепления. Разрушение этих зацеплений отражает режим фоновой сейсмичности. Априори также понятно, что переход фонового режима в режим формирования очага связан с ограничением взаимного перемещения блоков. Фоновая ситуация изменяется, когда концентрация легких газов в восходящем потоке превышает предельную, соответствующую растворимости в кристаллической решетке. Динамический процесс взаимного замещения зон сжатия и расширения нарушается. Зоны расширения начнут расти за счет зон сжатия из-за избыточного потока легких газов по каналу твердое тело-флюид-твердое тело. При этом локальные механические зацепления начинают образовывать протяженные связанные структуры - цепочки. Результатом этого будет торможение взаимного перемещения блоков и формирование в предельно энергонасыщенной среде очага землетрясения различной силы. Таким образом, под очагом сильного землетрясения следует понимать связанное состояние двух или более блоков, образующееся посредством множества механических зацеплений между элементами граничной структуры и этих элементов с блоками. Подчеркнем, что только на этой стадии очаг начинает испытывать деформацию и накапливать дополнительную упругую энергию из энергии движения блоков. Причем эта добавка невелика по сравнению с энергетической прочностью среды. Очаг формируется не за счет действия тектонических напряжений, а в результате изменения объемов элементов в граничных структурах, вызванного взаимодействием восходящих потоков легких газов с твердой фазой. В этой модели объясняется природа повторяемости образования очагов различных размеров как связанных состояний граничных структур [Гусев, Гуфельд, 2003, 2006].

Характерной особенностью сейсмического процесса в предельно энергонасыщенной среде является его неустойчивость. Во-первых, постоянно изменяются физико-химические свойства элементов и параметров контактного взаимодействия в граничных структурах и внутри блоков за счет их взаимодействия с восходящими и переменными потоками легких газов. Во-вторых, на среду постоянно действуют флуктуационные и периодические возмущения, создавая в совокупности шумовое силовое поле (приливы, метеофакторы, упругие волны местной и отдаленной сейсмичности, тектоническая деформация, вариации скорости вращения Земли). Поэтому геологическая среда, включая граничные структуры, всегда находится на грани разрушения. Если говорить о единичном очаге сильного землетрясения, то эти условия предопределяют вероятностный характер типа релаксации (рой слабых сейсмических событий, крип или сильное землетрясение различной силы). При формировании очага сильного землетрясения в его окрестностях и в самих граничных структурах будут изменяться фоновые параметры геофизических и гидрогеохимических полей, но они будут носить неустойчивый характер. Именно это и наблюдалось в реальных условиях.

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:4891 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:8080 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:4927 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Техніка безпеки в процесі освоєння сверд…

Капітальний ремонт, освоєння та випробовування свердловин повинні проводитися за планом, який затверджено головним інженером нафтогазовидобувного або бурового підприємства і погоджено з головним геологом, із зазначенням у плані персонально відповідального інженерно-технічного...

19-09-2011 Просмотров:5748 Підземний ремонт свердловин

Винос у натуру й визначення границь земл…

Геодезичні роботи з виносу в натуру границь землекористування виконують аналогічно розбивочним роботам по виносі в натуру завдань, споруд й інших об'єктів життєдіяльності людини. Базовою основою геодезичних робіт є проект. При землевпорядних...

30-05-2011 Просмотров:7154 Інженерна геодезія

Структурные формы метасоматических пород

Метасоматические образования обычно слагают участки (поля), зоны, жилы, и обособления разной формы и разных размеров – от первых миллиметров до десятков, сотен и более метров. Кроме того, в процессе метасоматоза...

14-10-2010 Просмотров:4808 Геологическое картирование, структурная геология