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

вы не могут аккумулировать упругую энергию из-за эффектов высокотемпературной ползучести (рис. 6.3).

Появление трещин вблизи границ твердофазовых переходов может также приводить к неустойчивым состояниям в субдук-тируемых плитах, которые в случаях высоких скоростей фазовых переходов и объемных изменений разрешаются землетрясениями.

7.3.2. ДИЛАТАНСИЯ ПРИ РАЗЛОМАХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Наблюдения за сейсмическими волнами показали, что отношение волновых скоростей С/с аномально уменьшается в

зоне очага землетрясений за несколько месяцев до удара. Спад достигает своего максимума, но перед самым главным ударом аномалия исчезает [116].

Сейсмоаномалия связана с эффектом дилатансии, причем лабораторные экспериментальные данные согласуются с изменениями геоматериала внутри очагов землетрясений. Конечно, это также означает, что усилия и реальные сбросы напряжений в массивах должны иметь порядок нескольких килобар [91]. Дилатансия горных массивов имеет место только при подобных уровнях напряжений (но не при 1-100 бар, соответствующих оценкам непосредственно по сейсмической энергии).

Как было экспериментально показано, дилатансия горных пород связана с неупругими изменениями внутренней системы трещин [121]. Трещина - это дефект, характеризуемый как тангенциальным разрывом смешений, так и, вообще говоря, нормальным (см. рис. 1.7). Поэтому трещинная пустотность возрастает, а сейсмические скорости уменьшаются. Законы изменения и до некоторой степени различны из-за

анизотропии систем трещин. В результате отношение С/с

становится индикатором будущего землетрясения (рис. 7.14).

Восстановление сейсмической аномалии перед главным ударом можно объяснить притоком воды в трещинную очаговую зону и соответственно ростом С- скорости. Так трактуется

развитие событий в диффузионно-дилатансионной модели очага землетрясения. Вода одновременно уменьшает нормальные эффективные напряжения; кроме того, уменьшается и

прочность породы из-за эффекта смачивания. Тем самым ускоряется развитие трещины, что и приводит к землетрясению. (Дилатансионное рыхление может смениться на уплотнение перед самым разрушением даже в отсутствие воды.)

Как же появляется дилатирующий объем в очаговой зоне землетрясения? Верхняя часть литосферы состоит из упруго-хрупких блоков, а нижняя часть представлена геоматериалами в сверхпластическом (катакластическом) состоянии. Поэтому дрейф континентов приводит к кинематическому несогласию движений реологачески стратифицированной коры, которое и разрешается землетрясениями.

Элвктросопротивлв

Интенсив н-ость притока воды (9А.нссня радона):- -

Чфт в р ш о к.н

Рост упругих деформаций

МАвтрЯСвНИв

Рис. 7.14. Общая схема предвестников землетрясения [224J

Реальная концентрация напряжений вблизи существующих разломов достигает предела упругости, что приводит к появлению пластических дилатансионных зон, которые и удается наблюдать как зоны сейсмических аномалий.

Дилатансионные зоны перемещаются одновременно с вершиной трещины (разлома); неподвижному наблюдателю кажется, что фиксированная в пространстве сейсмическая аномалия меняется во времени. Таким образом, можно наблюдать как бы "блуждания очага" землетрясения. Удар землетрясения происходит при механической неустойчивости, когда деформации дилатансионной зоны растут, а напряжения спадают.

Облака трещин наблюдаются перед главными разломами; они и представляют зону дилатансии. Лабораторные опыты со специальными модельными материалами показывают, что облака микротрещин можно увидеть с помощью ультразвуковых волн, что моделирует наблюдения дилатантных зон в реальных массивах.

Было обнаружено, что при восстановлении С,,С.-значений

трещинная пустотность реорганизуется в тонкие полосы, наклонные к главной оси сжатия, т.е. процесс локализации происходит перед самим ударом, хотя тонкие полосы остаются невидимыми в поле сейсмических волн. Это другой возможный сценарий исчезновения дилатансионной аномалии (помимо притока воды).

Трещины в облаке в десятки раз меньше главного разлома и даже линейный масштаб самого облака меньше зоны упругой разгрузки. Вот почему дилатансионная зона не коррелирует с энергией землетрясений [91].

7.3.3. ПРЕДВЕСТНИКИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Система предвестников землетрясений [83, 106, 117] включает сейсмоскоростную аномалию, геодезию подъема свободной поверхности, высвобождение радона и гелия из толщи пород, форшоки и т.д. Продолжительность 0 существования предвестников и масштаб А зоны афтершоков (т.е. зоны разгрузки) связаны с магнитудой землетрясений М (рис. 7.15).

Все объективные предвестники землетрясений физически оправданно обусловлены эффектом дилатансии внутри зоны очага землетрясений.

Рост концентрации радона в грунтовых водах вблизи очага землетрясения пропорционален площади вновь созданных трещин в породах. Адсорбированная вода также может мигрировать по системе дилатансионных трещин.

Создание системы трещин меняет электросопротивление горных пород, а приток воды может существенно усилить этот эффект. Отмечено резкое уменьшение электросопротивления дилатирующего гранита после насыщения его водой или паром; однако электросопротивление сухого дилатирующего гранита возрастает.