Процессы в литосфере и их проявления. Геологические процессы Тектоника плит Землетрясения Вулканы Оползни

воспринимается как неподвижное основание для сооружений и вместилище месторождений.
В

литосфере постоянно идут процессы деформирования и перемещения вещества.
Эти процессы имеют различные временные масштабы, от долей секунд (распространение упругих волн) до миллионов лет (геологические процессы).

гор и глубоководных впадин.
Силы, вызывающие деформации, являются эндогенными, источники

сил лежат в недрах Земли.
Физическими источниками сил являются
гравитационная дифференциация вещества недр,
перенос тепла,
фазовые переходы.
Для равнинных областей характерны скорости порядка 10–6 1/год, для областей орогенеза (горообразования) – 10–5 1/год.

том, что в прошлом континенты Евразия и Африка, с одной

стороны, и Северная и Южная Америка, с другой стороны, составляли единый суперконтинент. Гипотезу Вегенер обосновывал сходством очертаний западных и восточных береговых линий этих континентов.
В середине XX века была открыта мировая система срединноокеанических хребтов с рифтовыми долинами в осевой части, заполненными молодыми базальтами. Было обнаружено, что для пород океанической коры характерны линейные магнитные аномалии, параллельные осям срединных хребтов и расположенные симметрично по отношению к ним.

подстилается более пластичной, менее вязкой оболочкой – астеносферой.
Литосфера разделена на

ограниченное число крупных (несколько тысяч километров в поперечнике), и среднего размера (около 1000 км) относительно жестких плит.
Литосферные плиты перемещаются друг относительно друга в горизонтальном направлении; характер этих перемещений может быть трояким: а) раздвиг (спрединг) с заполнением образующегося зияния новой корой океанического типа; б) поддвиг (субдукция) океанской плиты под континентальную или океанскую же; в) скольжение одной плиты относительно другой по плоскости так нвзываемых трансформных разломов, поперечных к осям срединных хребтов.

гласящей, что перемещение сопряженных точек на сфере происходит вдоль окружностей,

проведенных относительно оси, проходящей через центр Земли.
В масштабе планеты в целом спрединг компенсируется субдукцией, т.е. сколько за данный промежуток времени рождается новой океанской коры, столько же более древней океанской коры поглощается в зонах субдукции, благодаря чему объем Земли остается неизменным.
Перемещение литосферных плит происходит под действием конвективных течений в мантии, включая астеносферу. Под срединными хребтами существуют восходящие течения; они превращаются в горизонтальные на периферии хребтов и в нисходящие в зонах субдукции на окраинах океанов. Конвекция обеспечивает перенос тепла из недр Земли к поверхности.

возникновения тепловой конвекции это число должно превышать величину примерно 1700.

Оценки числа Релея для мантии дают значение около 2700.

гипотеза мантийных струй («плюмов»)

охватывающая кору и верхнюю мантию с переходной зоной, нижняя мантия

и ядро.
В тектоносфере действует тектоника плит, в нижней мантии – плюм-тектоника мантийных струй, в ядре – тектоника роста (разрастание внутреннего ядра за счет внешнего).
В зонах субдукции происходит погружение плит холодной литосферы. Достигнув глубин около 670 км, эти плиты задерживаются, пока материала не накопится столько, что он начнет «проваливаться» в нижнюю мантию, достигая в конечном счете поверхности ядра.
Внедрение холодного вещества вызывает подъем мантийных струй (плюмов) от границы ядра. Достигнув уровня 670 км, эти плюмы расщепляются, проникая далее в верхнюю мантию и порождая здесь восходящие течения, над которыми образуются оси спрединга срединноокеанских хребтов.

в сейсмических событиях различной энергии – от слабых микросейсмов, до

катастрофических событий, уносящих жизни сотен тысяч людей

очага землетрясения.
Сила (интенсивность) землетрясения – характеристика воздействия сейсмических волн в

баллах. XII-балльная шкала Рихтера (модифицированная шкала Меркалли).
Магнитуда землетрясения – характеристика сейсмической энергии в очаге землетрясения, определяется по записям сейсмических волн. Различают магнитуду, определяемую по поверхностным волнам, по объемным волнам, локальную магнитуду.
Энергетический класс – логарифм сейсмической энергии в очаге землетрясения, выраженной в джоулях.

материала под действием приложенной к нему нагрузки. Возрастание объема происходит

в результате раскрытия пор и/или появления и раскрытия трещин отрыва, ориентированных параллельно сжимающим напряжениям. Величина изменения объема зависит от типа породы и составляет от долей до первых процентов.
Стадия 1. Напряжения и деформации нарастают до некоторого критического уровня.
Стадия 2. Дилатансионное увеличение пористости, причем скорость роста пустотности превышает скорость фильтрации флюидов из окружающего пространства.
Стадия 3. Характеризуется притоком флюидов. Землетрясение возникает после того, как в результате притока жидкости поровое давление возрастает и прочность пород падает.

по пространству, рост напряжений вызывает увеличение плотности трещин.
Стадия 2.

После превышения плотностью трещин некоторого критического уровня трещины начинают взаимодействовать между собой, что вызывает ускоренный их рост на второй стадии процесса. Эта стадия характеризуется ростом деформации и пористости.
Стадия 3. Укрупнение трещин в некоторой локальной зоне и, соответственно, падением напряжений и деформаций в окружающей среде.
Стадия 4. Укрупненные трещины в локальной зоне сливаются между собой и развивается магистральный разрыв, сопровождающийся землетрясением.

во времени, то скольжение начнется тогда, когда напряжение превысит трение

покоя μsσn. Процесс прерывистого скольжения сложным образом зависит от условий контакта бортов разлома, от шероховатости контактирующих поверхностей, от механических свойств массива, вмещающего контактирующие блоки. Введение зависимости динамического коэффициента трения от скорости движения позволяет получить определенный набор устойчивых типов прерывистого скольжения, которые удобно описывать в терминах нелинейной динамики.

слои земной коры происходит изменение напряженного состояния среды. Это может

вызвать разрушение горного массива и/или подвижки по существующим нарушениям сплошности.
Техногенные землетрясения:
естественные тектонические напряжения невелики,
магнитуда индуцированных землетрясений составляет 0 – 3
гипоцентры землетрясений расположены в пределах объекта, оказывающего воздействие (например, месторождения), или на его границах.
наиболее характерные примеры – горные удары и микросейсмичность при проведении гидроразрыва пласта на месторождениях нефти.
Техногенно-индуцированные землетрясения (наведенные, триггерные)
высокий уровень естественных тектонических напряжений
нарушение стационарных деформационных режиммов
энергия может достигать максимальных для естественной сейсмичности значений и определяется тектоническими напряжениями в регионе
гипоцентры приурочены к области объекта, но могут удаляться от нее на километры.

вызванной:

заполнением водохранилищ,
добычей полезных ископаемых,
разработкой месторождений нефти и газа

Koyna в Индии. Магнитуда этого землетрясения 6.5, в результате погибло

200 человек, ранено 1500, значительные повреждения нанесены плотине.
Сильнейшими из индуцированных землетрясений являются три землетрясения с магнитудами до 7.3, произошедшие в районе Газлийского газового месторождения. Эти землетрясения полностью разрушили пос. Газли и привели к многочисленным человеческим жертвам.
Магнитуда шахтных сейсмических событий достигает 5, горно-тектонические землетрясения приводят к человеческим жертвам.

скважины на геотермальных электростанциях привело к остановке проекта в Базеле,

Швейцария, в который были инвестированы миллионы евро, угрожает остановке аналогичных проектов (стоимостью до 100 миллионов евро) на юге Германии и других регионах Европы.

R. Warpinski
Техногенная сейсмичность при гидроразрыве пласта

вариациями объемов добычи и закачки жидкости и дисбаланса.

нефти
Взаимодействие техногенных воздействий при разработке месторождений углеводородов и сейсмо-деформационных режимов
Усиление

техногенной сейсмичности вызывается дисбалансом между объемами закачанной и добытой жидкостями и совпадением периодов изменения объемов закачки при нестационарном заводнении с периодами естественных сейсмо-деформационных режимов.
Рост техногенной сейсмической активности ведет к падению эффективности мер по увеличению нефтеотдачи

месторождения газа.

к усилению сейсмического эффекта Нефтегорского землетрясения.

активности и объема добычи нефти на о.Сахалин в период 1950-1991гг.

Эпицентральные области землетрясений и основной тектонический разлом о. Сахалин

Контуры месторождений, разрабатываемых по проектам Сахалин-1,2 и положение сейсмостанций

сейсмических событий при изменении порового давления необходимо:
решить задачу о распространении

порового давления,
задать то или иное распределение значений критического уровня порового давления, при котором происходит сейсмическое событие,
сформулировать модель, позволяющую оценить магнитуды ожидаемых сейсмических событий.

над месторождением Уилмингтон, Калифорния, США:
а) в ходе добычи нефти в

1926-1960 гг. без закачки воды;
б) в результате закачки воды в 1960-1967 гг.

Связь между величиной проседания поверхности и глубиной расположения разрабатываемого пласта месторождения углеводородов. Данные аппроксимированы экспоненциальной зависимостью

Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики.
Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенные

процессы в земной коре.
Болт Б. В глубинах Земли.
Рихтер Ч. Элементарная сейсмология.