Билет №41. Понятия о деформациях. Упругие и пластические деформации. Разрывные нарушения. Разрывные нарушения на геологических картах

Понятие о деформациях. Из физики известно, что изменение объема и формы тела, вследствие приложенной к нему силы, называется деформацией. Когда мы сжимаем в руке резиновый мяч, изгибаем палку, ударяем молотком по кирпичу, во всех случаях мы имеем дело с деформацией тела вплоть до его разрушения. Причины деформаций могут быть очень разными. Это и сила тяжести, самая универсальная из всех сил; это и влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объем; это и разбухание, например, увеличение объема пород за счет пропитывания водой; это и просто механические усилия, приложенные по определенному направлению к толще пород, и многие другие.

Важно помнить, что любая деформация происходит во времени, которое в геологических процессах может составлять десятки миллионов лет, т.е. деформирование происходит очень медленно. Огромная длительность геологических процессов делает очень трудным их моделирование в лабораторных условиях, т.к. невозможно воспроизвести такие огромные временные интервалы.

деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругая деформация характеризуется тем, что после снятия нагрузки тело вновь принимает исходную форму. Упругое тело всегда оказывает противодействие внешней приложенной силе, которая, будучи отнесенной, к какой-либо единице площади, называется напряжением. В деформируемом теле напряжение изменяется в разных его сечениях, поэтому мы говорим о поле напряжений данного тела, имея в виду все напряжения.

РАЗРЫВНЫЕ НАРУШЕНИЯ СО СМЕЩЕНИЕМ (ПАРАКЛАЗЫ).

Надвиговый тип нарушений. В этот тип включается целый ряд разнообразных нарушений, образованных при сжатии земной коры. Во всех этих нарушениях висячее крыло перемещается по наклонной поверхности снизу вверх в сторону лежачего крыла, а поверхность сместителя падает под поднятое крыло. В зависимости от угла наклона сместителя выделяют два вида нарушений этого типа.
Взбросом называется нарушение, когда сместитель крутой — круче 60° (по мнению некоторых, больше 45°).
Надвиг — нарушение, при котором угол наклона сместителя меньше 60° или меньше 45°. Морфологически взброс нельзя отличить от запрокинутого сброса. Поверхность сместителя в надвиге часто бывает волнистая; в таких случаях на отдельных участках надвиг может быть то положе, то круче, а иногда переходить во взброс. Плоскость сместителя чаще всего ровная, изобилует зеркалами скольжения, т. е. полированными блестящими площадками. Иногда вдоль нее наблюдается тектоническая брекчия.
Амплитуда взбросов и надвигов весьма различна: до сотен и тысяч метров. Особенно большие амплитуды надвигов наблюдаются у пологопадающих надвигов. В краевой северной части Советских Карпат наблюдается пологопадающий надвиг с амплитудой до 5—10 км. Висячее крыло этого нарушения разбито серией крутых (до 40—50°) надвигов.
Тектонический покров, или шарьяж представляет собой тектоническое нарушение надвигового типа с максимальной амплитудой перемещений 20—30 км (иногда, возможно, и больше). Плоскость сместителя в шарьяже очень полога и волниста; на отдельных участках она может падать даже в обратную сторону. В шарьяже надвинутое крыло так далеко перемещается от своего основания, именуемого корнями шарьяжа, что часто не удается установить то место, откуда произошло это надвинутое крыло. Таким образом, при шарьяже можно наблюдать, как изолированная пачка древних пород располагается над пачкой более молодых пород.. Перемещение в шарьяжном нарушении происходит обычно по какому-либо пластичному слою типа глин, мерлегей, соли и т. п. Чаще всего перемещение происходит под влиянием силы тяжести — это так называемый гравитационный шарьяж. После того как шарьяжи были описаны швейцарскими, австрийскими и французскими геологами в Альпах, их стали выделять во многих складчатых сооружениях: на Кавказе, Карпатах, Урале, в Тянь-Шане. Амплитуду некоторых из этих нарушений, так же как и альпийских, считали порядка нескольких сотен километров, В последние годы было установлено, что нарушений с такими амплитудами не существует. Надвиговые нарушения этого типа довольно редки и по амплитуде обычно не превышают 30 км.
Поддвигом называется нарушение надвигового типа, когда движение испытывает не висячее, а лежачее крыло. Встречается он довольно редко.
Сдвиговый тип нарушений. При этом типе разрывов происходят боковые горизонтальные перемещения одного крыла по отношению к другому. Амплитуда этих перемещений достаточно велика и измеряется сотнями метров, километрами, а иногда и десятками километров. Сдвиги подразделяются на правые и левые. Если смотреть по направлению движения, то в правом сдвиге оказывается отодвинутым крыло, располагающееся по правую руку, в левом — наоборот.
Смешанный тип нарушений. Обычно движение по сдвигам не бывает строго горизонтальным, а сочетается с вертикальным движением; тогда говорят о сбросо-сдвиге или сдвиго-надвиге.
Дизъюнктивные нарушения наблюдаются не только в горизонтальнолежащих породах, но и в складчатых структурах. По характеру взаимоотношений сместителя дизъюнктивного нарушения с простиранием пластов в складчатой структуре выделяют продольные, поперечные, косые, согласные и несогласные нарушения.
Продольными нарушениями называются такие, у которых направление сместителя точно или приблизительно совпадает с направлением простирания слоев; у поперечных направление сместителя идет вдоль падения или восстания пластов.
Косые нарушения секут складчатую структуру под различными углами.
Согласными нарушениями называются такие, у которых плоскость сместителя наклонена в сторону падения слоев.

Тема «ЗЕМЛЯТРЯСЕНИЯ»

Билет №42. Землетрясения. Механизм возникновения землетрясений, очаг землетрясения, гипоцентр и эпицентр. Географическое распространение и тектоническая позиция землетрясений. Типы сейсмических волн. Сейсмографы.

Механизм возникновения землетрясения и его параметры. Землетрясение тектонического типа, т.е. связанное с внутренними эндогенными силами Земли, представляет собой процесс растрескивания, идущий с некоторой конечной скоростью, а не мгновенно. Он предполагает образование и обновление множества разномасштабных разрывов, со вспарыванием каждого из них не только с высвобождением, но и перераспределением энергии в некотором объеме. Когда мы говорим о том, что сила внешнего воздействия на горные породы превысила их прочность, то следует иметь в виду, что в геомеханике четко различают прочность горных пород как материала, которая относительно высока, и прочность породного массива, включающего помимо материала горных пород еще и структурные ослабленные зоны. Благодаря последним прочность породного массива существенно ниже, чем прочность собственно пород.

В большинстве случаев, хотя и не всегда, разрывы имеют сдвиговую природу, и очаг землетрясения охватывает определенный объем вокруг него. Сейсмология изучает упругие волны, распространяющиеся динамически в частотном диапазоне 10^-3— 10² Гц со скоростью 2-5 км/с.

По глубине гипоцентров (фокусов) землетрясения подразделяются на три группы: 1) мелкофокусные 0-60 км; 2) среднефокусные 60—150 км; 3) глубокофокусные 150—700 км. Но чаще всего гипоцентры землетрясений сосредоточены в верхней части земной коры на глубинах 10-30 км, где кора характеризуется наибольшей жесткостью и хрупкостью.

Скорость продольных волн:

где ц — модуль сдвига; р — плотность среды, в которой распространяется волна; К — модуль всестороннего сжатия. Скорость поперечных волн:

так как модуль сдвига ц в жидкости и газе равен 0, поперечные волны не проходят через жидкости и газы.

Поверхностные волны распространяются медленнее, чем объемные, и довольно быстро затухают как на поверхности, так и на глубине. Волны Р, достигая поверхности Земли, могут передаваться в атмосферу в виде звуковых волн на частотах более 15 Гц. Этим объясняется страшный гул, иногда слышимый людьми во время землетрясений.

Сейсмические волны, вызываемые землетрясениями, можно зарегистрировать, используя сейсмографы — приборы, в основе которых лежат маятники, сохраняющие свое положение при колебаниях подставки, на которой они расположены. Первые сейсмографы появились 100 лет назад.

Интенсивность, или сила землетрясений, характеризуется как е баллах (мера разрушений), так и понятием магнитуда (высвобожденная энергия). В России используется 12-балльная шкала интенсивности землетрясений MSK-64, составленная С.В. Медведевым В. Шпонхойером и В. Карником. Согласно этой шкале принята следующая градация интенсивности, или силы землетрясений:
1-3 балла — слабые;
4-5 — ощутимые;
6-7 — сильные (разрушаются ветхие постройки);
8 — разрушительное (частично разрушаются прочные здания, заводские трубы);
9 — опустошительное (разрушается большинство зданий);
10— уничтожающее (разрушаются почти все здания, мосты, возникают обвалы и оползни);
11- катастрофические (разрушаются все постройки, происходит изменение ландшафта);
12 — губительные катастрофы (полное разрушение, изменение рельефа местности на обширной площади).

Билет №43. Землетрясения. Типы сейсмических волн. Сейсмографы. Определение местоположения эпицентра и характера смещения, вызвавшего землетрясение. Оценка силы землетрясений. Цунами. Прогноз землетрясений и антисейсмические меры при строительстве.

Механизм возникновения землетрясения и его параметры. Землетрясение тектонического типа, т.е. связанное с внутренними эндогенными силами Земли, представляет собой процесс растрескивания, идущий с некоторой конечной скоростью, а не мгновенно. Он предполагает образование и обновление множества разномасштабных разрывов, со вспарыванием каждого из них не только с высвобождением, но и перераспределением энергии в некотором объеме. Когда мы говорим о том, что сила внешнего воздействия на горные породы превысила их прочность, то следует иметь в виду, что в геомеханике четко различают прочность горных пород как материала, которая относительно высока, и прочность породного массива, включающего помимо материала горных пород еще и структурные ослабленные зоны. Благодаря последним прочность породного массива существенно ниже, чем прочность собственно пород.

Скорость распространения разрывов составляет несколько километров в секунду, и этот процесс разрушения охватывает некоторый объем пород, называемый очагом землетрясения. Гипоцентр — центр очага, условно-точечный источник короткопериодных колебаний.

В большинстве случаев, хотя и не всегда, разрывы имеют сдвиговую природу, и очаг землетрясения охватывает определенный объем вокруг него. Сейсмология изучает упругие волны, распространяющиеся динамически в частотном диапазоне 10^-3— 10² Гц со скоростью 2-5 км/с.

Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром землетрясения. Интенсивность землетрясения эпицентра изображается линиями равной интенсивности колебаний — изосейстами. Область максимальных баллов вокруг эпицентра называется плейстосейстовой.

Основному подземному сейсмическому удару — землетрясению — обычно предшествуют землетрясения или форшоки, свидетельствующие о критическом нарастании напряжений в горных породах. После главного сейсмического удара обычно наблюдаются еще сейсмические толчки, но более слабые, чем главный удар. Они называются афтершоками и свидетельствуют о процессе разряда напряжений при образовании новых разрывов в толще пород.

По глубине гипоцентров (фокусов) землетрясения подразделяются на три группы: 1) мелкофокусные 0-60 км; 2) среднефокусные 60—150 км; 3) глубокофокусные 150—700 км. Но чаще всего гипоцентры землетрясений сосредоточены в верхней части земной коры на глубинах 10-30 км, где кора характеризуется наибольшей жесткостью и хрупкостью.

Скорость продольных волн:

где ц — модуль сдвига; р — плотность среды, в которой распространяется волна; К — модуль всестороннего сжатия. Скорость поперечных волн:

так как модуль сдвига ц в жидкости и газе равен 0, поперечные волны не проходят через жидкости и газы.

Поверхностные волны распространяются медленнее, чем объемные, и довольно быстро затухают как на поверхности, так и на глубине. Волны Р, достигая поверхности Земли, могут передаваться в атмосферу в виде звуковых волн на частотах более 15 Гц. Этим объясняется страшный гул, иногда слышимый людьми во время землетрясений.

Сейсмические волны, вызываемые землетрясениями, можно зарегистрировать, используя сейсмографы — приборы, в основе которых лежат маятники, сохраняющие свое положение при колебаниях подставки, на которой они расположены. Первые сейсмографы появились 100 лет назад.

Интенсивность, или сила землетрясений, характеризуется как е баллах (мера разрушений), так и понятием магнитуда (высвобожденная энергия). В России используется 12-балльная шкала интенсивности землетрясений MSK-64, составленная С.В. Медведевым В. Шпонхойером и В. Карником. Согласно этой шкале принята следующая градация интенсивности, или силы землетрясений:
1-3 балла — слабые;
4-5 — ощутимые;
6-7 — сильные (разрушаются ветхие постройки);
8 — разрушительное (частично разрушаются прочные здания, заводские трубы);
9 — опустошительное (разрушается большинство зданий);
10— уничтожающее (разрушаются почти все здания, мосты, возникают обвалы и оползни);
11- катастрофические (разрушаются все постройки, происходит изменение ландшафта);
12 — губительные катастрофы (полное разрушение, изменение рельефа местности на обширной площади).

Есть два главных типа: объёмные волны и поверхностные волны. Кроме описанных ниже есть и другие, менее значимые типы волн, которые вряд ли можно встретить на Земле, но они имеют важное значение в астросейсмологии.