Ауыл шаруашылық ғылымдары Агрономия ауыл шаруашылық Ғылымдары
жүктеу/скачать 1,64 Mb.
|
| Предполагаемый механизм сейсмического процесса и причины его возникновения
Из механики флюидов [4] известно, что полное нормальное напряжение на горизонтальной плоскости, находящейся на глубине Z , складывается из двух частных давлений: давления , передаваемого через скелет породы, и давления р, оказываемого насыщающей жидкостью (флюидное, гидростатическое): S = + р = cоnst (1) Напряжение , которое Терцаги (1936) назвал эффективным, уплотняет осадочную породу. Флюидное (пластовое) давление р названо нейтральным, потому что оно не деформирует непосредственно зерна породы, а поддерживает часть веса твердого вещества. Отсюда эффективное напряжение можно рассматривать как разницу между весом вышележащих пород и пластовым давлением: = S - р (2) Из соотношения (2) следует, что при понижении флюидного давления р по сравнению с нормальным гидростатическим уменьшается противодавление весу вышележащих пород и возрастает эффективное напряжение . При этом градиент последнего ∆/∆ Z намного больше, чем градиент полного геостатического давления. И перед достижением значения полного геостатического давления наступает состояние геофизического стресса, когда максимальное давление составляет обычно до 90 % от полного геостатического. Отношение флюидного давления к геостатическому давлению на данной глубине (р/S) обозначают символом ; это величина полного веса вышележащих пород, подерживаемая давлением флюида. Таким образом, когда = S, тогда = 0 и все геостатическое давление переходит в эффективное напряжение, не поддерживаемое пластовым флюидом. Возвращаясь к соотношению Терцаги (1) и подставляя р = S, получим = S (1 -). (3) По мере того, как флюидное давление уменьшается, → 0, эффективное давление, которое уплотняет породу, приближается к полному геостатическому, то есть происходит нарушение геостатического равновесия вследствие возникновения избыточного эффективного давления. Вероятное возникновение сверхдавлений в геологических структурах может быть вызвано дополнительным напряжением х (нормальным к поверхности пласта), которое накладывается на начальное геостатическое состояние. Увеличение эффективного давления за счет стресса (- р = м плоская деформация) при коэффициенте Пуассона составляет 5-9 кбар [5]. Учитывая, что предел прочности на складывание пород литосферы для глубин 5-20 км составляет 6000-7000 кг/см2 [6], величина сверхдавления, которая накладывается на начальное геостатическое состояние (при нарушении геостатического равновесия), может почти вдвое превосходить предел прочности пород и вызывать неизбежное разрушение скелета породы. Подобные явления нередки в практике нефтедобычи и разработки полезных ископаемых шахтным способом. Они известны как разрушение нефтяного пласта и разрушение кровли горных выработок. В рассматриваемом случае для пород соляной толщи, слагающих литологически ослабленные солянокупольные структуры по периферци озера Шалкар, предел прочности пород на скалывание и разрушение почти вдвое ниже прочности скальных монолитных пород литосферы. Больше того, поскольку солянокупольные структуры представляют собой не только области проявления максимальных напряжений, но и зоны концентрации движений крупных блоков фундамента относительно друг друга, то именно в них происходит разрядка напряжений и выделение энергии в виде тепла. На это указывает резкое повышение температуры озерной воды на 10 0С, отмеченное по гидрометрическому посту «Рыбцех» после сейсмического процесса. При этом среднемесячная температура воды увеличилась в мае до 12,6 0С против 6,2 0С в апреле и 1,6 0С – в марте. Указанному увеличению температуры соответствовало увеличение минерализации воды до 4111 мг/дм3 (на 7 мая), против 2650 мг/ дм 3 (на 7 апреля 2008 г). Мощность источника выделившегося тепла можно полагать равной при этом [5]. N т = , (4) где К – 2,39 ∙ 10-8 кал/дин∙см – тепловой эквивалент механической работы; – предел прочности пород на скалывание; V – скорость относительного смещения блоков по разлому (V = 1 см/с); плотность пород; c – их удельная теплоемкость. Приращение температуры в окружающей среде от мгновенного линейного источника, параллельного оси Z (Z перпендикулярна плоскости Х0У), с координатами х = 0, у =у0 [5] , (5) где а – коэффициент температуропроводности; t – время действия теплового источника. В рассматриваемом случае понижение уровня воды в озере от нормально подпертого (18,69 м) до среднемесячного за 8 месяцев 2008 г. (17,10 м) составило 1,59 м. Если объем воды при нормальной отметке был 1758 млн. м3, то при отметке 17,10 м он составил 1608 м, то есть уменьшился на 150 млн. м3. Соответственно и общая величина гидростатического давления в озерной котловине снизилась на 150 млн.т, а на единцу ее площади – на 0,67 т/м2 . Поскольку гидростатическое давление (р) является нейтральным, поддерживающим часть веса горных пород, ровно на такую же величину (0,67 т/м2) возросло эффективное напряжение во всей области озерной котловины. А по мере того, как гидростатическое (флюидное) давление уменьшается и →0, эффективное давление (), которое уплотняет породу, приближается к полному геостатическому, то есть происходит нарушение геостатического равновесия, вследствие возникновения избыточного эффективного давления. Указанный механизм сейсмического процесса нельзя рассматривать без учета флюидогеодинамической обстановки в регионе. Как отмечалось, динамика гидрологического режима озера Шалкар соответствует закономерному изменению уровня в Каспийском море. Это можно обьяснить высокой пьезопроводностью подсолевого структурно-гидрогеологического яруса, обладающего значительной напорностью и коэффициентом пьезопроводности (выражающим скорость передачи изменяющегося напора), достигающим 105 -106 м2/ сут. По данным Ж. С. Сыдыкова и др. [2], в период с 1930 по 1977 г. имело место общее снижение уровня в Каспии, вплоть до отметки – 29,1 м в 1977 г. В результате площадь акватории моря сократилась на 48 тыс. км2, длина береговой линии почти на 200 км, а объем воды уменьшился более чем на 7 тыс. км3. Однако имевшие место и ранее, вплоть до конца 70-х годов, снижения уровня в оз. Шалкар, совпадавшие с периодом регрессии Каспийского моря, не приводили к проявлению сейсмических процессов. Это могло обьясняться несколько большим, чем ныне, поступлением воды из рек Шолак – и Есенанкаты, а главное, – своевременным вводом в действие в 1972 г. Урало-Шалкарского, а с 1978 г. – Барбастау-Шалкарского каналов с суммарной подачей воды до 50-60 млн. м3 в год.
Естественный процесс обмеления и усыхания озера Шалкар существенно усугубляется техногенными факторами: прекращением водоподачи по двум ранее действовавшим каналам; прогрессивным снижением пластового давления; развитием обширной депрессии на Карачаганакском НГКМ. Еще на первом этапе опытно-промышленной разработки данного месторождения, по состоянию на 01.01.1995г., было отобрано около 35 млрд. м3 газа и 30 млн.т конденсата [7]. Но в процессе осуществления ОПЭ не были выполнены технические решения, предусмотренные протоколом ЦКР от 15 января 1985 г., N 1/85. В частности, не начата закачка сухого газа, которая по проекту ОПЭ должна была еще в 1990 г. составить: по первому объекту – 7,2 млрд. м3, по второму – 5,4 млрд. м3. В результате образовалось множество зон падения пластового давления до величин (41-32 МПа), не превышающих давление насыщения. А дальнейшая эксплуатация месторождения без должного поддержания пластового давления (на истощение запасов) привела к значительному расширению зон пониженного давления в районах северного, центрального и южного куполов месторождения. Таким образом, совокупность воздействующих естественных и техногенных факторов привело к нарушению геостатического равновесия вследствие избыточного эффективного напряжения в тектонически нарушенных и ослабленных солянокупольных структурах, слагающих и окружающих озерную котловину. Как известно, вслед за Шалкарским землетрясением, 12 мая 2008 г. произошло более сильное (манитудой 7,9 балла) землетрясение в густонаселенной китайской провинции Сычуань, вызвавшее очень крупные разрушения с числом человеческих жертв, превышающим 65 тыс. человек. Несмотря на различие интенсивности и масштабов проявления, указанные землетрясения (Шалкарское и Сычуаньское) неверно считать стихийными природными катаклизмами. Они спровоцированы, скорее всего, техногенными факторами, вызванными деятельностью человека. При этом в провинции Сычуань причиной сейсмического процесса могло послужить создание в Сычуане гигантской плотины, перегораживающей реку Янцзы. По мнению западных экспертов, создание искуственного моря вполне могло спровоцировать землетрясение в результате изменения под тяжестью водных масс полного геостатического равновесия в земной коре. В противоположность этому, Шалкарское землетрясение могло быть вызвано резким уменьшением объема водной массы, которое также привело к изменению нормального геостатического равновесия, вследствие снижения пластового (флюидного) давления, противодействующего эффективному напряжению под силой тяжести горных пород. Таким образом, в том и другом случае имело место изменение гидростатического давления (как части полного геостатического давления), но знак этого изменения был противоположным: в первом случае положительный, резко возросший, во-втором – отрицательный, существенно уменьшившийся. Выдающийся русский ученый-геолог, академик В. И. Вернадский указывал: «Невежество в естественных науках чревато серьезными последствиями». Эта простая, но глубокая мысль великого ученого как никогда актуальна в настоящую эпоху – эпоху чрезвычайно активной техногенной деятельности человека. жүктеу/скачать 1,64 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|