Главная страница  |  Карта сайта  |  Обратная связь  |  Поиск по сайту:
Geologam.ru
Геология Геофизика Минералогия Индустрия Нефть и газ
Подразделы
Все статьи Основы геологии Устройство Земли История Земли Геологические структуры Геология Крыма Землетрясения Известные геологи
 
Похожие статьи
Трещины, разломы и поля напряжений
Геология › Геологические структуры

Поиски скрытых рудных тел в пределах рудного поля
Индустрия › Рудники

Напряженность магнитного поля в Тихом океане
Геофизика › Магнетизм

Исследования магнитного поля над вулканами
Геофизика › Магнетизм

Происхождение базальтовых магм
Геофизика › Литосфера Земли

Происхождение геологических структур
Геология › Геологические структуры

Восстановление полей напряжений
Геология › Геологические структуры

Форма полей напряжений
Геология › Геологические структуры

Происхождение кливажа сланцеватости
Геология › Геологические структуры

Поля тектонического напряжения и рост складок
Геофизика › Тектоника

Возраст и происхождение складок Керченского полуострова
Геология › Геология Крыма

Трещиноватость и скальные основания
Геология › Геологические структуры

Изменения физических свойств скальных основании, обусловленные трещиноватостью
Геология › Геологические структуры

Трещины с позиций инженерной геологии
Геология › Геологические структуры

 
Приобрести ультразвуковую диагностическую систему по доступной цене.
 
 

Происхождение и поля напряжений региональных трещин

Главная > Геология > Геологические структуры > Происхождение и поля напряжений региональных трещин
Статья добавлена: Май 2017
            0


Системы трещин с выдержанным на обширной территории направлением называются региональными трещинами (regional joints). На рис. 3.14 показан пример таких региональных трещин с чрезвычайно единообразными простираниями. Такие системы трещин обычно состоят из двух или трех серий, и их можно подразделить на продольные трещины, т. е. те, простирания которых параллельны направлению главных структур территории, поперечные или горизонтальные трещины, расположенные под прямым углом к главному структурному направлению, и секущие или диагональные трещины, которые косо пересекают трещины предыдущих серий. В каждом случае падения плоскостей трещин субвертикальные. Как продольные, так и поперечные трещины являются трещинами растяжения (tension joints), тогда как диагональные трещины, как известно, являются трещинами скалывания, хотя причина этого неясна.

Рис. 3.14. Часть зоны развития региональных трещин 
Рис. 3.14. Часть зоны развития региональных трещин
Прайс (1959) первым объяснил механизм происхождения региональных трещин. Он предположил, что раскалывание материала земной коры должно быть нарушением хрупкого типа в пределах упругой деформации, и проверил, только ли этот вид систем трещин мог образоваться при приложении сжимающего напряжения в горизонтальном направлении или нет. Это случай, когда горизонтальное сжимающее напряжение Су приложено к стандартному состоянию напряжения Прайса, описанному в разделе 3.1. В результате, приняв вертикальное напряжение за счет перекрывающих горных пород за σ2, а число Пуассона — m, он получил, что Су заключено в пределах:


Определив критерий разрыва по числу Пуассона и коэффициенту внутреннего трения, полученным при испытаниях горных пород, он обнаружил, что в условиях такого напряжения в земной коре не могли возникать ни трещины растяжения, ни трещины скалывания.


Рис. 3.15. Увеличение горизонтального расстояния, сопровождающее поднятие 
Рис. 3.15. Увеличение горизонтального расстояния, сопровождающее поднятие
Итак, по-видимому, региональные трещины нельзя считать продуктами эпохи действия интенсивного горизонтального сжимающего напряжения, подобной эпохе энергичных орогениче-ских движений. Напротив, они развились в последующий период ослабленного горизонтального сжимающего напряжения в результате процесса, при котором структуры, образовавшиеся во время орогенических движений, поднялись на более высокие уровни в земной коре. В этом случае прежде всего следует рассмотреть проблему релаксации напряжения (см. гл. 6). Если породы соответствуют модели Максвелла, то, когда внешняя сила перестает действовать, релаксация напряжения (stress relaxation) будет продолжаться пока оно не достигнет гидростатического состояния. Однако по модели Войгта, упругая деформация, возникшая под действием приложенной внешней силы, полностью сохраняется и поэтому обычно будет присутствовать «остаточное напряжение» (residual stress), указывающее на точное состояние напряжения во время деформации. Вместе с тем, продолжение поднятия вызовет напряжение растяжения в горизонтальном направлении, которое можно рассчитать следующим образом. Принимаем радиус Земли за R, величину поднятия за z, горизонтальную протяженность воздымающейся территории за L, а ее расширение за l. В соответствии с рис. 3.15 горизонтальное растягивающее напряжение будет l/L = z/R. Следовательно, принимая модуль Юнга за Е, по закону Гука получаем растягивающее напряжение Т = E·z/R.

Рис. 3.16. Развитие напряжения 
Рис. 3.16. Развитие напряжения
Образование региональных трещин, таким образом, контролируется взаимоотношениями между вертикальным напряжением, которое будет постепенно уменьшаться, и вновь возникшим горизонтальным напряжением, которое.будет возрастать. Следовательно, возникновение региональных трещин приписывается прослеженным изменениям в поле напряжений, связанном с процессом поднятия. Как описано ранее, с моделями релаксации напряжения связаны два случая в зависимости от того, какой модели больше всего соответствуют реологические свойства структурного тела.

Мы рассмотрим первый случай, при котором поле напряжений в начале периода подъема близко к гидростатическому состоянию. Это соответствует случаю, когда материалы, слагающие поднимающуюся структуру, почти соответствуют модели Максвелла. На рис. 3.16 глубина отложена на вертикальной оси, а напряжение — на горизонтальной. Точка В означает начало подъема. Можно также использовать эту диаграмму, отложив на вертикальной оси время и установив уровень точки В, как время 0 для раскрытия истории напряжений формации, т. е. изменения напряжений во времени в процессе развивающегося поднятия. В этом случае остаточное напряжение в точке В составляет одно из начальных условий. Если вертикальное напряжение σ2 = ρgz (ρ — средняя плотность, g — ускорение свободного падения, z — глубина) прямо пропорционально глубине, то следовательно, оно будет уменьшаться со временем вдоль прямой линии ВА, достигая нуля (или, точнее, атмосферного давления) на поверхности А. Горизонтальное напряжение — трех типов. Напряжение первого типа возникает в результате перекрытия и, обозначая число Пуассона как m, выражается в виде σx = σy = σz (m—1), как описано в разделе 3.2. Оно будет уменьшаться вверх, вдоль кривой CGA. Напряжение второго типа — остаточное напряжение ВС минимальной величины. Если считать, что оно не зависит от глубины, но постоянно по всей территории, то кривая BD, образованная прибавлением ВС к кривой CGA, отразит полное напряжение сжатия в горизонтальном направлении. Вместе с тем, горизонтальное напряжение Т третьего типа является напряжением растяжения и, как ранее было отмечено, пропорционально величине поднятия. Оно, следовательно, будет иметь отрицательную величину, и включение его в расчеты означает, что общее горизонтальное напряжение со временем будет уменьшаться вдоль кривой BEF, достигая нуля в точке Е и впоследствии становясь растягивающим. Так как σz > σх = σу, как показано на рис. 3.16, взаимосвязь осей главных напряжений будет следующей σ1 = σz, σ2 = σх = σу = σ3. Данное положение осей напряжения отвечает образованию нормальных сбросов, но когда изучены известные физические константы и т. д., становится ясно, что не произойдет никакого образования трещин, потому что напряжение скалывания явно не достигает сопротивления скалыванию, даже когда дифференциальное напряжение σ1—σ3 имеет максимальную величину FH. Проходя через точку Е, поднимающееся тело достигает области латерального растяжения, но так как сопротивление растяжению в нормальных условиях приблизительно в десять раз меньше, чем сопротивление скалыванию, то трещина растяжения возникнет, например в точке F. Образовавшаяся плоскость разрыва является вертикальной плоскостью, содержащей ось σ1, и, если σ2 точно равно σ3, то ее простирание будет неопределенным. Однако, практически оси σ2 и σ3 отличаются на небольшую величину остаточного напряжения, и плоскость разрыва установится под прямым углом к оси σ3. Кроме того, как только в точке F возникла трещина, происходит релаксация напряжения растяжения в направлении оси σ3, и оно разовьется в напряжение сжатия, проявляющееся в точке G. Следовательно происходит обмен осей σ2 и σ3. Если подъем продолжается, возникнет вторая трещина разрыва под прямым углом к новой оси σ3, и, чем меньше остаточное напряжение, тем короче будет интервал времени между ней и первой трещиной. Таким образом, возникают две системы пересекающихся трещин растяжения, причем одна из них будет соответствовать продольным, другая — поперечным трещинам.

Рис. 3.17. Развитие напряжения, когда остаточное напряжение в начале подъема довольно велико 
Рис. 3.17. Развитие напряжения, когда остаточное напряжение в начале подъема довольно велико
Далее мы рассмотрим второй случай, когда остаточное напряжение к началу подъема довольно велико. В этом случае поднимающееся структурное тело имеет характеристики, соответствующие модели Войгта. Как показано на рис. 3.17, состояние напряжений к началу подъема σ1 = σy > σ2 = σx > σ3 = σzρgz, причем каждое напряжение уменьшается, соответственно, вдоль кривой FG, кривой BCD и прямой линии АСК. σ2 и σ3 пересекаются в точке С, после которой σ1 = σу > σ2 = σz ρgz > σ3 = σx. Поскольку ось σ2 становится вертикальной за точкой С, это обеспечивает одно из условий для образования вертикальной плоскости скалывания типа сдвига по простиранию. Когда достигается уровень DG, удовлетворяется другое условие (т. е. ограничение минимальной величины σ1/σ3, требуемое коэффициентом внутреннего трения и величиной сцепления), и серия вертикальных плоскостей скола развивается в направлении (45°—Ψ)/2 к оси σ1 (Ψ — угол внутреннего трения). Так как большая часть остаточного напряжения теряется, впоследствии устанавливается состояние σ1 = σ2 = ρgz > σ2 = σх = σу = σ3. Затем следует точно такое же изменение напряжений во времени, как и в первом случае, и две серии вертикальных трещин растяжения последовательно образуются под прямыми углами к осям σ1 и σ2. В сочетании с плоскостями скалывания во втором случае закономерно будут возникать три типа трещин — диагональные, продольные и поперечные.

Следовательно, рассматривая работу Прайса с точки зрения изменения напряжений со временем, мы можем проследить поле напряжений, преобладающее на ранних стадиях развития, переходящее со временем в остаточное напряжение и играющее важную роль в образовании новых разрывов по мере его уменьшения.
Источник: «Геологические структуры», Москва, «Недра», 1990


ОЦЕНИТЕ ПОЖАЛУЙСТА ЗА ЭТУ СТАТЬЮ
0
ПРЕДЫДУЩИЕ СТАТЬИ
Форма полей напряжений
Геология > Геологические структуры

Восстановление полей напряжений
Геология > Геологические структуры

Механические условия образования разрывов
Геология > Геологические структуры

Трещины, разломы и поля напряжений
Геология > Геологические структуры

Астроблема района Садбери
Геология > Геологические структуры

Соляные купола на побережье Мексиканского залива*
Геология > Геологические структуры

Канадский щит и авлакогены
Геология > Геологические структуры

Францисканская формация и тектонический меланж
Геология > Геологические структуры

СЛЕДУЮЩИЕ СТАТЬИ
Типы кливажа горных пород
Геология > Геологические структуры

Происхождение кливажа сланцеватости
Геология > Геологические структуры

Анализ деформаций и кливаж сланцеватости
Геология > Геологические структуры

Где развивается кливаж сланцеватости?
Геология > Геологические структуры

Складки и складкообразование в геологических телах
Геология > Геологические структуры

Однослойные складки в геологических телах
Геология > Геологические структуры

Основные типы складкообразования
Геология > Геологические структуры

Межслойные складки в геологических телах
Геология > Геологические структуры




ССЫЛКА НА СТАТЬЮ В РАЗЛИЧНЫХ ФОРМАТАХ
ТекстHTMLBB Code


Комментарии к статье


Еще нет комментариев


Сколько будет 28 + 34 =

       



 
 
Geologam.ru © 2016 | Обратная связь | Карта сайта | Поиск по сайту
Геология • Геофизика • Минералогия • Индустрия • Нефть и газ