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

шенной (рис. 7.4). Гидравлическая компенсация (7.2) соответствует ползучим течениям в верхней мантии, но над астеносферой. Поскольку вязкость пород коры намного выше вязкости астеносферы, компенсация (7.1) должна устанавливаться "геологически быстрее", чем (7.2).

7л.5. ИЗГИБ СЛОЕВ И ЛИТОСФЕРЫ В ЦЕЛОМ

Эффект изгиба является основным для жесткого слоя Земли, если толщи над или под ним менее жесткие и выполняют только функции нагрузки или поддержки. Иногда такой слой называют "компетентным" и вмещающие толщи - "некомпетентными" [И].

Литосфера изгибается на "мягкой" астеносфере. В этом случае такие топографические отклонения от среднего уровня, как горы и острова, могут считаться нагрузкой. Изгиб литосферы приводит к перераспределению нагружающего давления в обширных зонах астеносферы, и принцип изостазии должен был бы приобрести некую нелокальную форму.

Рассмотрим упругий слой [И, 127], изогнутый под вертикальной эффективной вертикальной нагрузкой q(x) при тангенциальном усилии Q(x), действующем в поперечном сечении слоя.

Равновесие означает

Q-(Q-dQ)-\- qdx = О, (7.3)

а баланс количества движения принимает вид

dQ/dx = -q(x). (7.4)

Согласно рис. 7.5 изгибающий эффект тангенциальной силы Q(x), действующей в поперечном сечении, как и нормальной силы Р(х), должны быть уравновешены моментом сил N(x):

(N + d N) - N=Qdx + Pdz, (7.5)

где z(x) - вертикальное смещение рассматриваемого слоя.

Отсюда следует баланс момента количества движения для изогнутого слоя:

dN/dx = Q + P(dz/dx).

(7.6)

Рис. 7.5. Синклинальный изгиб слоя под распределенной нафузкой q(x)

Теперь нужно связать N(x) с нормальным напряжением а, действующим в подслоях, показанных на рис.7.5:

xxydy.

(7.7)

-л/2

где h - толщина слоя.

Нормальное напряжение пропорционально компоненте деформации в соответствии с законом Гука (1.23), т.е.

(1 - И)

где Е - модуль Юнга; V- коэффициент Пуассона:

„ 2KG ЗК - 20

Е =-, V =-7

3K + G 6K + 2G

и используется условие нулевой вертикальной деформации

(7.8)

(7.9)

(7.10)

внутри изгибающегося слоя.

Далее деформация подслоя пропорциональна расстоянию по вертикали у от нейтральной плоскости и обратно пропорциональна радиусу кривизны R:

R = - d/dx ( dz/dx ). (7.11)

Соответственно изгибающий момент N(x) имеет вид:

= -ГуЧу = - = -вЦ, (7.12)

1-dx- R dx где D - изгибная жесткость:

Теперь можно представить баланс момента количества движения (7.6) в его результирующей форме

Dq{x)~P. (7.14)

dx dx

где q(x) и Р считаются заданными в каждой конкретной задаче.

Например, кора, плавающая на мантии, подвергается действию распределенной нагрузки:

(1 = QtiPc- Ps)SZ, (7.15)

где - топографическая нагрузка; pips плотности коры и подстилающей толщи (мантии).

Если же рассматривать всю литосферу как единый объект, эти плотности соответствуют литосфере и астеносфере.

Горизонтальная тектоническая сила Р должна учитываться в задачах о формах литосферы и устойчивости под островами, а также в процессах складкообразования в осадочных бассейнах и т.д.

В соответствии с рис. 7.5 растяжение подслоев и появление пор и трещин происходит в верхней части антиклинади (когда компетентный слой прогибается вниз), что важно для аккумуляции нефти и газа.