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

0.5 0.7

напряжете сдвига

Рис. 6.19. Стационарное решение уравнения (6.14) в форме зависимости Вг = atj v\Ik от /3 демонстрирует диапазоны устойчивого разогрева и (при /3 > 0.88) потери устойчивости

Дифференциальные напряжения (сг, - cr,) достигают нужного порядка в условиях земной коры (как это было установлено методами палеопьезометрии, основанными на изучении зерен минералов рекристаллизации, размер которых зависит от уровня действующих напряжений сдвига). Измерения показали, что напряжения сдвига в коре достигают по крайней мере уровня 2 кбар. Это значение точно соответствует порядку прочности сдвига для монолитных пород коры, - если учесть их термическое ослабление с глубиной (см. рис. 6.6).

6.3.6. СТРОЕНИЕ АСТЕНОСФЕРЫ

Переход к астеносфере происходит благодаря частичному плавлению, которое значительно облегчается в присутствии хотя бы малых добавок воды (причем вода растворяется в расплаве породы). Последнее обстоятельство важно для процесса генерации магмы. Вот почему действующие вулканы находятся в регионах, где серпентиниты погружаются в глубину мантии в ходе процесса субдукции, становятся неустойчивыми и высвобождают кристаллическую воду внутри мантии (рис. 6.17).

22 Загаз № и>7 337

Легкие мантийные геоматериалы могут проникать сквозь пористую матрицу астеносферы в форме "флюксонов" [215].

Благодаря подплавлению вязкость астеносферы порядка на три (10" - 10"°П) ниже вязкости литосферы (10"П). Иными словами, эффект плавления реологически весьма существен.

Комбинирование этой "тектонической" вязкости и упругости, соответствующей сейсмическим скоростям, в виде вязкоуп-ругих свойств пористой матрицы позволяет объяснить затухание сейсмических волн в астеносфере.

(Расчеты проводились на основе реологической модели (2.198), сформулированной в терминах эффективных напряжений [18].)

Кроме того, было обнаружено, что имеет место "скачок" скоростей Р-волн на нижней границе астеносферы, тогда как аналогичного "скачка" для S-волн практически нет.

Согласно разделу 5.3 подобный факт объясняется присутствием газоподобной фазы внутри порового пространства над такими границами (рис. 6,20) и жидкоподобной фазы под ними.

Иначе говоря, в силу гравитации могла произойти сепарация "газ - жидкость" в выплавке, создавшей поровое пространство астеносферы в силу частичного плавления (см. также [215]).

4.6 4.7 8.2 8.4

100 100

С, км/с

дауокнсь углерода

р азот

100 •

200

300

400

$00 .

600 . Н, км

Рис. 6.20. Сейсмоскоростаые профили астеносферы с переходами от "газонасьпценного" порового пространства к более плотному "жидкому" насыщению (расчет и наблюдения) [19]

Волноводы мантии, обнаруженные в ходе глубинного сейсмического зондирования (см. рис. 6.18), пересекают расчетные границы астеносферы (по данным о геотермах - согласно Н.И. Павленковой). Это также может быть связано и с гравитационным разделением геоматериалов в реальной астеносфере.

Следующая сейсмическая граница имеет глубину 400 км и соответствует отверждению расплава в порах в силу оливин-шпинелевого фазового перехода.

Присутствие газов в верхней части астеносферы существенно для многих процессов. Под высоким давлением эти газы могут быстро проникать в литосферу при таких магматических событиях, как создание вулканов, или через систему проницаемых разломов.

Поскольку массы метана могут присутствовать в астеносфере, их движение вверх может быть важным фактором формирования или обогащения нефтяных и газовых месторождений, а также отложений угля [29, 30, 133].

6.4. Флюидодинамика земной коры

6.4.1. ДИЛАТАНСИОННАЯ ПУСТОТНОСТЬ И АККУМУЛЯЦИЯ ФЛЮИДОВ

Для анализа миграции флюидов существенно, что в земной коре вполне возможна свободная циркуляция, есть глубинные массивы с "открытой" пористостью и дилатантными трещинами и на Мохо присутствует пластический непроницаемый барьер [90, 91].

Следует помнить, что типичные осадочные породы раз в пять слабее гранита. Поэтому предельная глубина "открытой" пористости в осадочном бассейне близка к 7-10 км. Однако метаморфизм нижних горизонтов осадочного комплекса делает их более жесткими, а поэтому их дилатансионное разрушение оказывается возможным на глубинах больше 7 км.

На рис. 6.21 представлен типичный профиль [35] глубинного сейсмического зондирования поперек южной части Каспийского моря. Высокоскоростные слои заштрихованы, причем их природа связана с эффектами пластического уплотнения и возможным метаморфизмом.

22» 339