Континентальная плита

Процессор и ..

Охлаждение ПК

Статьи

Полезные советы

Ссылки

Электроника

Linux

Список литературы

Проекты, идеи

 

Хочется верить, что континентальная плита, это твердь на которой может спокойно жить большая часть населения Земли.

Так ли она тверда?

В масштабах времени жизни Земли кора и образующие ее континентальные плиты (КП) это не нечто вечное, а «живая», подвижная система. Толщина которой даже по сравнению с размерами Земли незначительна (оставляет менее 1%), что скорее похоже даже не на скорлупу ореха, скорее на кожицу яблока. И эта кожица покрывает не достаточно твердое яблоко, а плавает в достаточно подвижной среде. Поэтому особенно важно знать прочностные характеристики коры и КП.

Их можно оценить только зная строение и состав КП.

Имея их, можно прогнозировать поведение КП, как на протяжении некоторого времени в условиях естественного развития событий (расширяющаяся Земля), так и реакцию на внешние воздействия. К последним, можно отнести вмешательство человека и внешние катастрофические воздействия.

Все имеющиеся сведения о коре Земли получены из сейсмо зондирования, бурения глубоких и сверх глубоких скважин. Причем сейсмо зондирование необоснованно нацелено в основном на глубинные слои, хотя достаточно интересны именно верхние слои до глубин 500-1000 км. Поскольку именно на этих глубинах сейсмо зондирование может обеспечить достоверную информацию, которую на начальном участке можно проверить имеющимися данными бурения. Полученные данные наиболее интересны для представления характеристик континентальных плит.

 

Что мы имеем?

В нашем распоряжении имеются некоторые данные сейсморазведки, данные сверхглубокого бурения и исследования прочностных свойств образцов пород. Содержащие эти данные материалы  приведены в списке литературы в конце этой статьи.

 

Данные сейсморозведки.

Данные сейсморазведки позволяют измерить скорость распространения продольной и поперечной волны в земной коре. Их график показан на рис.1.

 

Рисунок 1. (горизонтальная ось глубина в тыс. км)

 

Эти данные, используя известные формулы, позволяют построить график зависимости давления и плотности вещества от глубины. Подробнее смотрите статью «Строение Земли».

 

Рисунок 2. (горизонтальная ось глубина в тыс. км)

 

Эти графики позволяют, достаточно достоверно, рассмотреть строение недр до глубины 3000км, а далее с меньшей достоверностью.

Обратите внимание на начальный участок рис. 1 и 2! Для него (10-100 км), из-за специфики оборудования, нет достоверных данных. Из рис. 1 можно только сделать вывод о имеющихся фазовых изменений на глубинах до 100 км.

Принято считать, что земная кора имеет толщину 33 км.

Но реально ее толщина различна в разных местах и колеблется от 10 (на дне океанов и в областях вулканической активности) до 100 км.

Данные сверхглубокого бурения.

Если проанализировать известные результаты сверх глубокого бурения:

 

Скважина	Глубина, м	Температура, °С
Берта Роджерс	9583	260
Кольская	12261	212
Тюменская	7502	230
KTB-Оберпфальц	9901	300

 

В областях тектонической деятельности температура выше и зарегистрирована на уровне 355-465 °С в разных точках на глубинах 3220 и 1440.

Давление на глубине «более 7000 м превысило 1000 атм» - как скромно сказано в данных по Кольской сверхглубокой. Которые просто не хотят слишком кардинально менять существующие представления о строении Земли. Его реальная величина может превышать 1500 атм.

Там же отмечено, что большинство образцов при подъеме с глубины фрагментировались. Другими словами Рассол заполняющий пористую структуру образцов разрывало их на отдельные фрагменты.

 

По данным [3]:

Образец породы, поднятый на поверхность, имеет иные свойства, чем в массиве. Здесь, наверху, он освобожден от огромных механических напряжений, существующих на глубине. Во время бурения он растрескался, напитался буровым раствором (Хотя он поднят с глубин где порода насыщена рассолом при давлении более 1000 кг/см² и температуре более 200 °С — комментарий автора). Даже если воссоздать в специальной камере глубинные условия, то все равно параметры, измеренные на образце, отличаются от тех, что в массиве. И еще одна маленькая "заковыка": на каждые 100 м пробуренной скважины не получают 100 м керна. На СГ с глубин более 5 км средний выход керна составил только около 30%, а с глубин более 9 км это были порой лишь отдельные бляшки толщиной 2-3 см, соответствующие наиболее прочным прослойкам.

Неожиданными, принципиально новыми оказались и данные о процессе рудообразования в глубинных слоях земной коры. Так, на глубинах 9-12 км встретились высокопористые трещиноватые породы, насыщенные подземными сильно минерализованными водами. Эти воды - один из источников рудообразования. Раньше считали, что такое возможно лишь на значительно меньших глубинах. Именно в этом интервале в керне обнаружили повышенное содержание золота - до 1 г на 1 т породы (концентрация, которая считается пригодной для промышленной разработки).

Прочностные свойства образцов пород.

Прочностные свойства пород с разных глубин приведены по данным [1].

 

Образец с глубины м	Предел прочности на сжатие (МПа) Трехосное нагружение при боковом давлении 100 МПа
3043	608.7
3530	838.5
4389	697.7
7951	585.9
8942	691.5
9904	683.2

Таблица 2. Предел прочности на сжатие (МПа) образцов пород из Кольской скважины при трехосном нагружении.

 

Это не полное соответствие объёмному пределу прочности, но достаточно близкое приближение.

 

Попробуем интерпретировать.

Но, график на рис. 2 не отражает и даже искажает начальную область.

Попробуем построить зависимость P=f(h) и t=f(h) на основе имеющихся данных по Кольской сверхглубокой и принимая закон изменения на глубинах до 75 км аналогичным начальному участку (до 12 км). Эта зависимость принята линейной на рассматриваемом участке, дает отклонение от реальной (на начальном участке - до 12 км) менее 5% от реальных значений. Тем более, что фазовое состояние вещества начинает меняться, для континентальной плиты, на глубине более 65 км

 

Рисунок 3.

Рисунок 4.

 

На рис. 1 и 2 показаны зависимости давления и температуры от глубины, по данным бурения Кольской сверхглубокой. Хотя есть предположение, что цифры отличаются в сторону увеличения.

Породы с малой прочностью (предел прочности на сжатие менее 180 Мпа) начинают приобретать фрагментированность (трещиноватость) уже на глубинах 10 км и более. Где температуры порядка 212 °С.

Сопоставив данные таблицы 2, рисунков 2 и 3 можно предположить что, на глубинах более 50 км полному фрагментированию подвергаются самые прочные породы.

На больших глубинах, возможно существование вещества только во фрагментированном и аморфном состоянии, при этом температура вещества, более 900 °С.

Это подтверждается и наличием границы Мохо.

Многочисленные данные сейсмического зондирования говорят о нахождении на глубинах 7-70 км границы раздел.

 

С учетом влияния температуры на предел объемной прочности пород, глубина их полного фрагментирования колеблется от 7 — 70 км, совпадая по глубине с границей Мохо.

Поэтому границу Мохо можно определить как границу фазового состояния вещества.

Вещество в области границы Мохо представляют собой крупные и мелкие фрагменты в расплаве легкоплавких веществ, соединений. Там же присутствуют рассолы, которые при давлениях превышающих 5-8 тыс. атмосфер, могут находятся в жидком или сверх критическом состоянии.

В этих условиях на глубину залегания границы изменения фазового состояние вещества существенное влияние оказывают его физические свойства и температура вещества, поэтому имеет место значительное колебание толщины континентальной плиты.

 

Заключение.

Граница Мохо совпадает с глубиной фазового перехода вещества. Это граница изменения фазового состояния вещества, или нижняя граница континентальной плиты.

Не смотря на «среднюю толщину коры 33 км», ее толщина не постоянна, и меняется от 7 до 70 км. Меньшая величина относится к стыкам континентальных плит, а большая, к континентальным плитам. Но уже с глубин 7 — 10 км, вещество коры приобретает фрагментированную структуру, в результате чего прочностные характеристики пород падают.

Далее, вплоть до границы Мохо, кора, в том числе ее составная часть, континентальная плита приобретают все большую фрагментированность. Вещество коры, на границе Мохо, теряет кристаллические включения, приходя к конгломерату химических соединений в молекулярной форме.

 

Это значит, что относительно прочные породы в толщине континентальной плиты простираются только до глубин 7-10 км, что составляют менее 15 — 20% ее толщины или 0,2% радиуса Земли.

Для придания наглядности, можно сравнить толщину земной коры (прочной ее части) с толщиной кожуры яблока диаметром 100 мм.

 

Все это заставляет нас задуматься о результатах своего воздействии на земную кору и ее элемент — континентальную плиту. Тем более о результатах воздействия на кору Земли космических тел. Все это, при превышении некоторого энергетического порога, может перевести любое местное событие в глобальную плоскость и отразиться на всей планете.

 

Трещиноватость и фрагментирование пород слагающих континентальную плиту предполагают диффузию расплавов и насыщенных рассолов химических соединений из мантии в сверх критическом состоянии в континентальную плиту и заполнение ими имеющихся трещиноватостей и пустот.

 

Литература:

1. Сравнение физических и механических свойств образцов пород из разреза Кольской сверхглубокой скважины и их гомологов с поверхности, И. Трчкова, Р. Живор, Институт структуры и механики пород, Академия наук Чешской Республики, г. Прага, 2007г.
2. Познавательная информация по Кольской сверхглубокой скважине - Нефть и газ России - нефтегазовый форум http://www.oilforum.ru/topic/4566
3. ЛЕГЕНДАРНАЯ КОЛЬСКАЯ СВЕРХГЛУБОКАЯ, А. ОСАДЧИЙ http://nauka.relis.ru/06/0205/06205036.htm

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь: