| |
УДК Оценка пористости и проницаемости в нижней части земной коры и верхней мантии в очаговой зоне Рачинского землетрясения 29.04.1991г.
| Семашко С.В., доцент, Тульский государственный университет |
Представлены исследования распределения пористости в земной коре и верхней мантии в очаговой зоне Рачинского землетрясения
Оценка распределения пористости в земной коре и верхней мантии в очаговой зоне Рачинского землетрясения (29.04.1991г., М≈7,0) стала возможной благодаря результатам специализированной обработки сейсмограмм, полученных при регистрации близких афтершоков (6,0, а другой - (Б-Б') расположен на западном участке очаговой зоны. Для перехода от значений добротности к количественной оценки пористости, воспользуемся соотношением [2]:
Оценку модуля Юнга и проницаемости проведем, используя соотношения [3]:
| Е = σ·[3·(1-2ν)]/f и К = 65,6·(Т/Е)2, (2) |
где Е - модуль Юнга, σ - эффективное всестороннее давление, ν - коэффициент Пуассона, f - пористость, К - проницаемость.
Значения эффективного всестороннего давления найдем, используя соотношение [4]:
где Р - литостатическое давление, обусловленное весом вышележащих пород, a - коэф-фициент, изменение которого находится в пределах 0,85 - 0,95 [4].
Результаты оценки изменения с глубиной пористости, модуля Юнга и проницаемости на профилях А-А' и Б - Б' (за исключением зон кулис) приведены в таблицах 1 и 2. Оценки изменения с глубиной пористости, модуля Юнга и проницаемости в зонах кулис, расположенных в пределах профилей А-А' и Б - Б,' приведены в таблицах 3 и 4.
Отметим, что расчет эффективного всестороннего давления на разных глубинах (значение которого необходимо для проведения оценок с использованием соотношений (1), (2) и (3)) проводился при объемном весе одного кубического метра пород, принятом постоянным и равным 2700 кг во всем исследованном интервале глубин.
| Таблица 1 - Оценки пористости, проницаемости и модуля Юнга (профиль А-А') |
|
Н км |
f % |
Е1 н/м2 |
Е2 н/м2 |
К1 м2 |
К2 м2 |
Примечание |
|
20
45 |
0,8 |
5,1·109
1,1·1010 |
1,5·1010
3,4·1010 |
2,6·10-18
5,2·10-19 |
2,8·10-19
5,8·10-20 |
Земная кора
(нижняя часть)
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
45
60 |
6,4 |
1,4·109
1,9·109 |
4,2·109
5,7·109 |
3,3·10-17
1,8·10-17 |
3,7·10-18
2,0·10-18 |
Верхняя мантия
Метасоматические процессы |
|
60
80 |
0,5 |
2,4·1010
3,2·1010 |
7,3·1010
9,7·1010 |
1,1·10-19
6,2·10-20 |
1,2·10-20
6,9·10-21 |
—//—
Региональный метаморфизм |
|
80
130 |
3,1 |
5,2·109
8,5·109 |
1,6·1010
2,6·1010 |
2,4·10-18
9,0·10-19 |
2,7·10-19
1,0·10-19 |
—//—
Контактовый и региональный метаморфизм |
| Таблица 2 - Оценки пористости, проницаемости и модуля Юнга (профиль Б - Б') |
|
Н км |
f % |
Е1 н/м2 |
Е2 н/м2 |
К1 м2 |
К2 м2 |
Примечание |
|
20
30 |
0,8 |
5,1·109
7,7·109 |
1,5·1010
2,3·1010 |
2,6·10-18
1,1·10-18 |
2,8·10-19
1,2·10-19 |
Земная кора
(нижняя часть)
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
30
45 |
2,1 |
2,9·109
4,6·109 |
8,8·109
1,4·1010 |
7,6·10-18
3,0·10-18 |
8,5·10-19
3,4·10-19 |
—//—
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
45
100 |
0,5 |
1,8·1010
4,1·1010 |
5,4·1010
1,2·1011 |
2,0·10-19
4,0·10-20 |
2,2·10-20
4,4·10-21 |
Верхняя мантия
Региональный метаморфизм |
|
100
130 |
4,9 |
4,1·109
5,4·109 |
1,2·1010
1,6·1010 |
3,8·10-18
2,3·10-18 |
4,3·10-19
2,5·10-19 |
—//—
Контактовый и региональный метаморфизм |
| Таблица 3 - Оценки пористости, проницаемости и модуля Юнга в зоне кулис (профиль А-А') |
|
Н км |
f % |
Е1 н/м2 |
Е2 н/м2 |
К1 м2 |
К2 м2 |
Примечание |
|
20
45 |
4,0 |
1,0·109
2,3·109 |
3,0·109
6,8·109 |
6,4·10-17
1,3·10-17 |
7,4·10-18
1,4·10-18 |
Земная кора
(нижняя часть)
Метасоматические процессы.
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
45
55 |
0,8 |
1,1·1010
1,4·1010 |
3,4·1010
4,2·1010 |
5,2·10-19
3,4·10-19 |
5,8·10-20
3,8·10-20 |
Верхняя мантия
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
55
85 |
3,1 |
3,6·109
5,6·109 |
1,1·1010
1,7·1010 |
5,1·10-18
2,1·10-18 |
5,7·10-19
2,4·10-19 |
—//—
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
85
120 |
0,5 |
3,5·1010
9,9·1010 |
1,0·1011
1,5·1011 |
5,5·10-20
2,8·10-20 |
6,1·10-21
3,1·10-21 |
—//—
Региональный мтаморфизм |
| Таблица 4 - Оценки пористости, проницаемости и модуля Юнга в зоне кулис (профиль Б - Б') |
|
Н км |
f % |
Е1 н/м2 |
Е2 н/м2 |
К1 м2 |
К2 м2 |
Примечание |
|
20
30 |
4,9 |
8,3·108
1,3·109 |
2,5·109
3,8·109 |
9,6·10-17
4,2·10-17 |
1,1·10-17
4,6·10-18 |
Земная кора
(нижняя часть)
Метасоматические процессы |
|
30
45 |
0,5 |
1,2·1010
1,8·1010 |
3,7·1010
5,4·1010 |
4,3·10-19
2,0·10-19 |
4,8·10-20
2,2·10-20 |
—//—
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
45
60 |
2,8 |
3,2·109
4,3·109 |
9,6·109
1,3·1010 |
6,3·10-18
3,5·10-18 |
7,1·10-19
3,9·10-19 |
Верхняя мантия
Контактовый и региональный метаморфизм |
|
60
70 |
0,5 |
2,4·1010
2,8·1010 |
7,3·1010
8,5·1010 |
1,1·10-19
8,2·10-20 |
1,2·10-20
9,1·10-21 |
—//—
Региональный метаморфизм |
|
70
110 |
2.9 |
4,9·109
7,7·109 |
1,5·1010
2,3·1010 |
2,7·10-18
1,1·10-18 |
3,1·10-19
1,2·10-19 |
—//—
Контактовый и региональный метаморфизм |
Согласно [4] примем, что в рассматриваемых нами интервалах глубин проницаемость при процессах:
- метасоматоза находится в пределах от 6,3·10[sup]18 до 7,9·10[sup]16 м2;
- контактового метаморфизма - от 1·10[sup]19 до 4·10[sup]17 м2;
- регионального метаморфизма - от 1,8·10[sup]21 до 3,55·10[sup]18 м2.
В соответствие с результатами расчетов, представленных в таблицах 1 - 4, нижняя часть земной коры (от 20 км до границы Мохо) в рассматриваемом районе по значениям проницаемости соответствует зонам контактового и регионального метаморфизма (фоновый метаморфизм). При этом в зонах кулис могут протекать метасоматические процессы.
В верхней мантии только в самой верхней части (45 - 60 км) полученные нами значения проницаемости соответствуют зонам метасоматоза. Остальная часть верхней мантии соответствует зоне и регионального метаморфизма.
Следовательно, участок литосферы на глубинах от 20 до 120 км, включающий в себя очаговую зону Рачинского землетрясения, может рассматриваться как зона проявления регионального и контактового метаморфизма. При этом в нижней коре и до глубины 60 км в верхней мантии могут протекать метасоматические процессы, приуроченные к зонам разуплотненных пород (повышенных значений пористости и проницаемости).
Библиографический список - Аптикаева О.И., Арефьев С.С., Кветинский С.И., Копничев Ю.Ф., Мишаткин В.Н. Неоднородности литосферы и астеносферы в очаговой зоне Рачинского землетрясения 1991г. Доклады Академии Наук, 1995, том 344, №;, с.533 - 538.
- Семашко С.В. Динамические процессы и пористость в литосфере. Известия Тульского государственного университета. Серия "Геоинформационные технологии в решении региональных проблем" Выпуск 2, Москва - Тула, 2005, 122-127с.
- Семашко С.В. Оценка изменений напряженного состояния глубинных зон земной коры при современных геодинамических процессах. Известия Тульского государственного университета. Серия "Экология и безопасность жизнедеятельности" Выпуск 8, Тула, 2006, 87-91с.
- Шмонов В.М., Витовтова В.М., Жариков А.В.. Флюидная проницаемость земной коры. - М: Научный мир, 2002, 216с.
| |
