Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [ 101 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

коры имеет место исключительно внутри разломов, как это и отмечалось при изучении выходов древней коры [57]. Это означает, что разломные пути миграции воды носят изолированный характер.

Таким образом, кора Земли в целом является зоной активного действия воды или водяного пара.

Наиболее интенсивная циркуляция метеорной воды представлена на рис. 6.17. При этом сама серпентиновая часть нижней коры подвижна и транспортирует воду.

6.3.4. ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ В ВЕРХНЕЙ МАНТИИ

Уже отмечалось, что породы верхней мантии в 1.5-2 раза жестче коровых геоматериалов.

Сибирская оштфарма Западно-Субнрская Тунгусская спнеклнза Вмлюнская синеклиза

2000 2500, зона

Рис. 6.18. Глубинное сейсмическое прозвучивание Сибири ядерными взрывами: / - фаница фундамента; 2 - граница Мохоровичича; J - отражатели; 4 -низкоскоростная зона; числа соответствуют скоростям Р-волн, км/с (предоставлено Л.Н. Солодиловым)

Вот почему при реальных термодинамических условиях мантии они могут разрушаться хрупким образом, а разломы и волноводы могут появиться и ниже коры.

Это единственно возможное объяснение происхождения мантийных волноводов (на глубине 50-80 км в зоне Торнк-виста - Тессейри в Швеции или же в Сибирской верхней мантии [119]). Заметим, что соответствующая система волноводов существует независимо от астеносферы (рис. 6.18).

При рассмотрении структуры и возможностей хрупкого разрушения верхней мантии, следует иметь в виду, что при Т » 1000 °С прочность перидотита (пироксенита) (см. рис. 6.3) зависит от скорости деформации. Это означает, что при стандартных геодинамических условиях (De/Dt к Ю" 1/с), верхнемантийные массивы начинают течь и не могут аккумулировать энергию, достаточную для очага землетрясения. Поэтому энергия землетрясения аккумулируется в верхней части литосферы, т.е. в коре.

Однако когда происходит обычное ("быстрое") землетрясение, вся литосфера упруго-хрупка, и разлом землетрясения может мгновенно разрушить кору, проникая и в верхнюю мантию.

Природные "медленные" землетрясения были также зафиксированы, и они, по-видимому, соответствуют ползучему росту трещины (см. раздел 1.5.3).

Известны проекты предотвращения землетрясений путем нагнетания воды в разлом с целью снижения роли сухого трения и инициирования их ползучего роста, медленно снижающего накопленные напряжения.

6.3.5. ТЕРМОВЯЗКОЕ РАЗМЯГЧЕНИЕ МАССИВОВ

Рост температуры снижает эффективную нелинейную вязкость в соответствии с формулой [177]

7 = а;" ехр

(6.11)

которая типична для оливинов и многих других пород в их монолитном состоянии.

Соответствующие данные часто использовались для объяснения эффекта детачмента (разъединения путем скольжения) [64, 193], хотя они и не учитывают возможности уменьшения вязкости за счет катакластического состояния нижней коры. Наоборот, после деформационного нагрева и температурного размягчения [153], связанного с экспоненциальным спадом вязкости породы, по реологическому закону (1.64) может происходить отверждение.

Если воспользоваться аппроксимацией Франк-Каменецкого для вязкости (6.11)

2 Во

-ехр

txpa{T-To), (6.12)

то одномерный баланс тепла (1.43) совместно с правилом Онзагера (1.61), осредненные поперек полосы локализации сдвига

-"-T-T + cxv-, (6.13)

dt ду ду

дадут

дО де

- = T-J-y*xP- (6-14)

дт д

в = а{Т - То); 4 = У / h; т = Kt / ch; Р = [ah / кУ\

ё = dv I ду.

Второй член в правой части уравнения (6.13) представляет собой скорость диссипации механической энергии в единице объема внутри полосы мощности h.

Как было показано численно, в зависимости от значения у9 стационарное распределение температуры в полосе сдвига может быть неустойчивым (как и в случае взрывной детонации, поскольку аналогичное уравнение [53] описывает переход от горения к взрыву).

Основной вывод таков: при высоких дифференциальных напряжениях (~/ кбар) или при широких полосах сдвига (более 1 км), возникает термическая неустойчивость (рис. 6.19), и в результате становится возможным плавление массива (и возникновение дайки после отверждения).