Menu

Физико-химические аспекты неустойчивости геологической среды

Результаты мониторинга сейсмической опасности можно разбить на две группы. Первая группа относится к структуре среды и особенностям проявления крупномасштабных разрывов. Вторая группа результатов включает данные об изменчивости параметров среды.

Необходимо выделить блочное строение литосферы и постоянные движения блоков относительно друг друга при сохранении целостности среды. Крупномасштабные разрывы происходят на границах блоков и повторяются в одних и тех же местах с непредсказуемой регулярностью. Уже это исключает прямолинейное лабораторное моделирование сейсмического процесса. Литосфера выше границы Мохоровичича на локальном уровне переходит в трещиноватое состояние и поддерживается в этом состоянии за счет литостатического давления и действия флюида [Николаевсий,1982]. Среда уже на локальном уровне не терпит перенапряжений, следовательно, можно говорить о парадоксе появления крупномасштабных разрывов. Кроме того, при землетрясениях снимается малая часть постоянно поддерживаемой в среде упругой энергии. Это означало, что среда находится в состоянии, близком к предельному [Садовский и др.,1987] и необходимо продолжить поиск процессов, ответственных за формирование крупномасштабных структур разрушения.

Обнаружены, как отмечено уже выше, непрерывные изменения различных параметров среды в сейсмоактивных и асейсмичных регионах. В условиях постоянных градиентов литостатического давления и температуры наблюдаются разномасштабные и несинхронные вариации геофизических и гидрогеохимических полей, представляемые набором гармоник с периодами от часов - суток до многих лет. Это отражает соответствующие изменения объемно-напряженного состояния (ОНС) среды. Кроме этого, на основе данных о фокальных механизмах показана значительная неоднородность полей локальных напряжений, описываемая в том числе случайными направлениями [Динамические..,1994; Лукк и др.,1996].

Не находят в рамках лабораторных представлений сейсмического процесса объяснения ряда других фактов. Краткосрочные признаки землетрясений в среднем "наблюдали" на большем расстоянии от эпи- центральной зоны, чем среднесрочные. Возмущения различных полей были нечувствительны к акту землетрясения. Возмущения различных полей, контролируемые в одной локальной зоне, противоречили друг другу, т.е., не соответствовали в данный момент только деформации сжатия или расширения. Вариации объемного деформирования, с которыми связываются подготовка сильных землетрясений, лежат в сейсмоактивных и асейсмичных зонах в пределах одного порядка, а плотность потока энергии слабых землетрясений в этих зонах различается на три порядка [Динамические..,1994; Соболев,1993; Невский и др.,1994].

Учет предельной энергонасыщенности среды, а также непрерывной и разномасштабной изменчивости ее параметров на первый план выдвигают вопросы физики вариаций ОНС среды вблизи предельного уровня и процессов формирования в трещиноватых межблоковых зонах крупномасштабных структур разрушения (КСР), которые не могут быть объяснены с учетом метаморфизма и медленных тектонических движений. При этом не существует проблемы накопления предельных напряжений в больших объемах.

Непрерывные изменения параметров геологической среды в блоковых и граничных структурах, отражающие изменения ОНС, свидетельствуют о непрерывной дополнительной накачке ее небольшой упругой энергией, изменяющейся во времени. Такие вариации ОНС могут быть связаны с периодическим изменением объемов (объемов кристаллических структур) различных элементов среды. Поэтому действующий фактор должен иметь планетарный характер. Речь идет о планетарной дегазации Земли [Войтов,2002; Маракушев,1999; Осика, 1981] и, конкретно, о последствиях взаимодействия восходящих потоков легких газов (водород, гелий) с твердой фазой литосферы и экзогенными реакциями различных газов между собой в порах, трещинах и флюидных потоках. Основанием для этого являются лабораторные данные по эффектам взаимодействия легких газов с горными материалами и известные тепловые эффекты, связанные с экзогенными реакциями водорода с другими газами.

При имплантации в образцы горных материалов водорода и гелия, в концентрациях соответствующих реальной в литосфере, деформация достигает величин 0.01 - 0.06 [Гуфельд и др.,1998]. Эти величины существенно выше предельных разрушающих деформаций литосферы- 0.0001. Поэтому можно ожидать, что при определенных условиях предельные деформации будут достигнуты при весьма небольших изменениях восходящих потоков водорода и гелия (отметим, что для имплантации легких газов в кристаллические структуры или выхода из них не требуется критических величин давления или температуры). Восходящая диффузия водорода идет по каналу твердое тело - флюид - твердое тело... В твердой фазе водород диффундирует в атомарном виде. При его десорбции и последующих экзотермических реакциях с другими атомами водорода, окислами углерода и углеводородами в конечном итоге образуются молекулы воды и метана. Эти реакции наиболее интенсивно идут при температурах 400-600оС, т.е. выше границы Мохоровичича, где формируются очаги наиболее сильных землетрясений. Учитывая реальный коэффициент термического расширения 10-5 - 5. 10-6 1/град, предельные деформации литосферы будут достигнуты при повышении температуры всего на 10 - 20о. Для реализации таких тепловых эффектов концентрация водорода в твердой фазе должна быть около 0.1 см3/кг, что существенно ниже его реальной концентрации в литосфере. Как известно, горные материалы отличаются большим объемом кристаллических ячеек. Легкие газы влияют на их объем, занимая определенные позиции, а именно, дефекты упаковки и наиболее плотно упакованные структуры. Другие позиции отличаются "рыхлостью " кристаллических структур (межплоскостные расстояния больше 8 ангстрем) и диффузия легких газов через них, хотя и идет с
небольшой энергией активации, также влияет на параметры структуры. Из последних позиций водород и гелий быстро диффундируют за пределы структуры. Этим можно объяснить тот факт, что существует предельная концентрация растворимости легких газов, соответствующая концентрации этих газов в горных материалах, получить значения выше которой нельзя даже при их искусственной имплантации [Гуфельд и др.,1998]. Именно это обуславливает почти непрерывный восходящий поток легких газов. Реакцией среды на эти процессы будут обратимые изменения объема кристаллических структур ( расширение - сжатие - расширение..), приводящие к вариациям ОНС во внутриблоковых и граничных структурах.

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:7422 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

Причини та класифiкацiя ремонтiв свердло…

Причини і види зношування свердловин та експлуатаційного устаткування Свердловина, як i будь-яка iнша споруда, потребує догляду та ремонту, оскiльки й устаткування, яке знаходиться в нiй та на поверхнi, i стовбур, i...

19-09-2011 Просмотров:4029 Підземний ремонт свердловин

Внутренние области океанов

Главными элементами рельефа и структуры внутренних областей океанов являются срединно-океанические хребты и абиссальные равнины с осложняющими их поднятиями и хребтами. Срединно-океанические хребты Срединно-океанические хребты (СОХ) расположены в пределах океанской коры над...

14-10-2010 Просмотров:6669 Геологическое картирование, структурная геология

Перевірки і юстирування нівелірів

Перш ніж почати роботу з нівеліром, як і з будь-яким геодезичним приладом, його оглядають. Якщо при зовнішньому огляді нівеліра ушкодження не виявлені, приступають до перевірок. Перевірки - це дії, якими...

30-05-2011 Просмотров:5331 Інженерна геодезія