Экспериментальные исследования динамики смещений в разломных зонах

Файл : bestref-9406.rtf (размер : 60,282 байт)

Экспериментальные исследования динамики смещений в разломных зонах

Панжин Андрей Алексеевич, научный сотрудник Института горного дела Уральского отделения РАН, Екатеринбург

В данной публикации обобщается опыт исследования короткопериодных деформаций разломных зон верхней части земной коры с использованием комплексов спутниковой геодезии. В результате исследований были изучены кратковременные деформационные процессы, проистекающие в верхней части земной коры, в разломных зонах и на прилегающих территориях, период которых составляет от одной минуты до нескольких часов. Были определены величины знакопеременных смещений и деформаций, изменения компонент поля напряжений на различных участках массива. Величины смещений и деформаций способны вызвать разрушения в объектах, попадающих в зону их влияния. Открытие короткопериодных смещений и деформаций вносит новое представление о параметрах и закономерностях формирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород в естественных условиях. Непрерывные мониторинговые исследования смещений и деформаций земной поверхности производились как в осадочном чехле, так и в массиве скальных горных пород.

Человек в своей повседневной деятельности привык руководствоваться представлениями о Земле как о Lбезответной земной тверди¦. Сегодня всем известно о движении литосферных плит, о движениях по таким живущим разломам как Сан-Андреас в Калифорнии, Северо-Анатолийский в Турции и др. А в остальных своих частях Земля - как среда горного производства, подземных сооружений, основание для всех видов строительства и т.п. - представляется как нечто статическое, незыблемое.

В реальной действительности это далеко не так. Тектонические нарушения даже невысокого ранга в общей иерархии блочного строения массива горных пород обладают определенной подвижностью. Она не всегда носит трендовый направленный характер, но может быть представлена и динамическими колебаниями, вызванными пока неизвестными эндогенными процессами. Подобные противоречия существующих представлений с реальными процессами в земной коре сопряжены с серьезной опасностью для объектов, оказавшихся в зоне влияния подвижных тектонических структур [1]. Наиболее контрастно это противоречие проявилось на протяженных объектах, таких как магистральные нефтепроводы и газопроводы, подземные коллекторы и т.п. Но особенно это важно для экологически опасных объектов, аварии на которых могут стать причиной экологических катастроф. К ним можно отнести атомные электростанции, подземные и наземные хранилища ядерных отходов.

С конца девятнадцатого века и до недавнего времени напряженно-деформированное состояние массива горных пород в геомеханике, геодинамике и других науках о Земле представлялось как что-то статическое. Менялись представления о его параметрах, о порождавших их причинах, о зависимостях между значениями напряжений и деформаций и базами их измерений. Но одно оставалось неизменным - статическое состояние параметров напряжений и деформаций в исторические отрезки времени. Динамические или медленные изменения по установившимся понятиям происходили либо за длительные геологические периоды, либо на участка развития и проявления геодинамических процессов на короткие промежутки времени.

В 70-80 годы прошлого столетия в научных исследованиях все чаще стали встречаться работы по исследованию динамики параметров напряженно-деформированного состояния во взаимосвязи с приливными явлениями от влияния Луны и Солнца [2]. Сегодня во многих работах поднимается вопрос о флюктуациях параметров напряженно-деформированного состояния и теоретически никто из геомехаников не станет отрицать динамики напряженно-деформированного состояния. Но в практической сфере динамика напряжений и деформаций не находит своего отражения. Это происходит по простой причине - никто не знает параметров динамических процессов: амплитуды и частоты происходящих изменений.

В то же время, практикой эксплуатации магистральных нефтяных и газовых трубопроводов и других протяженных объектов установлено, что аварийные разрывы на них группируются, чаще всего, в зонах тектонических структур. Механизм их разрушения в этих зонах позволяет предположить о наличии динамических изменений в напряженно-деформированном состоянии массива горных пород и проложенном по нему трубопроводе. Эти обстоятельства побудили провести экспериментальные исследования динамики напряженно-деформированного состояния разломных зон.