Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




18.10.2017





Яндекс.Метрика
         » » О скоростях упругих волн и изменении плотностей горных пород и минералов «земной коры» и «верхней мантии»

О скоростях упругих волн и изменении плотностей горных пород и минералов «земной коры» и «верхней мантии»

17.11.2017

Изучение скорости прохождения сейсмических воли, вызванных естественными землетрясениями и искусственными взрывами (ГСЗ), дало в руки геофизиков и геологов обильный и ценный материал о глубинном строении земной коры и всей планеты. Однако для целей петрологии и геологии собранная этим путем колоссальная информация все же является косвенной. Для правильной геолого-петрографической ее интерпретации необходимо знать, как изменяются в Земле с глубиной давление, температура и как ведут себя в таких условиях известные нам породы и минералы.

В течение 20 лет мне приходилось неоднократно выступать в печати, на сессиях отделения наук о Земле, Международного геологического конгресса (Прага, 1968) и других представительных форумах (1960, 1966, 1968 гг. и др.) против укрепившегося в 50-х годах представления о том, что поверхность Мохоровичича разграничивает петрографически различные слои разреза Земли — ее «кору» от «мантии». Однако такие представления продолжают оставаться основополагающими для геофизиков и многих геологов. На первых порах представления опирались на имевшиеся сведения об упругих свойствах горных пород при атмосферном давлении, что, конечно, не давало картины поведения горных пород в напряженном состоянии на глубинах. Граница Мохо на основе данных о скоростях прохождения упругих волн стала приниматься за границу между слоями разного петрографического состава, хотя достоверно не было выявлено, происходит ли на этой поверхности скачок от скоростей — 7,6—7,8 до 8,1—8,2 км/ сек, или переход совершается постепенно на отрезке в 4—5 км.

В работах автора приведены обоснования того, что поверхность «М» с ее подчас расплывчатыми границами отвечает изменению физического состояния гетерогенной толщи горных пород, с почти полной ликвидацией первого пространства и в отдельных случаях с усложнениями, вызванными фазовыми изменениями минералов.

Полученные новые данные об упругих свойствах монокристаллов породообразующих минералов, таких, как олигоклаз, микроклин, где исключена значительная часть порового пространства, свойственного горным породам, показали, что скорости продольных упругих волн в олигоклазе, микроклине и подобных минералах при всестороннем сжатии до 10—15 кбар близки по значению к скоростям Vр в ультраосновных породах. Некоторые данные из этой работы воспроизведены в табл. 1.
В ряде работ изложены результаты изучения упругих свойств породообразующих минералов — слюд, амфиболов и пироксенов. Хотя исследования проводились при атмосферном давлении и при комнатной температуре, т. е. не отвечали напряженному состоянию в условиях земных глубин, в первом приближении их можно использовать в совокупности с данными поведения PI, K-Na полевого шпата п кварца при высоком давлении для общей характеристики пород кислого состава (табл. 2).
Из табл. 2 видно, что Vр в горных породах гранитного ряда, рассчитанная из скоростей для породообразующих минералов в соответствии с их долей в объеме породы, устойчиво отвечает 7,60—7,67 км/сен, что по параметрам давления 15 кбар примерно соответствует уровню поверхности «Мохо» «материковой коры». Получение такого результата в первую очередь обусловлено исключением порового пространства, присущего каждой горной породе и обусловленного ее трещиноватостью, неровностью контактов между породообразующими минералами и другими нарушениями монолитности породы. Приведенные данные свидетельствуют, что скорости порядка 7,6—7,8 км/сек, характерные для нижней части «коры», могут быть обусловлены существованием на уровнях границы Мохо пород гранитного состава, освобожденных от порового пространства длительным (миллионы лет) квазигидростатическим давлением вышележащей толщи горных пород.
В табл. 3 приведены аналогичные данные для давления порядка 2—2,5кбар, характеризующие давление близ поверхности Мохо «океанической коры». В этих условиях Vр для гранитных пород, от диорита до гранита, также оказывается устойчивой, равной 7,30—7,37 км/сек.

Из сказанного можно сделать вывод, что породы, состоящие из минералов, характерных для гранитного ряда (Q, Pl, K-Na полевой шпат, Bi, Mu, Amph), в условиях длительного всестороннего сжатия с почти полной ликвидацией порового пространства могут соответствовать по геофизическим характеристикам низам обычно выделяемой «коры». При этом надо учесть, что при расчете общей Vp для породы доля влияния на скорости в ней слюд и амфиболов основывалась на данных, полученных для этих минералов при атмосферном давлении.

В целом картина значительно сложнее, так как еще мало изучено поведение минералов и горных пород, в том числе их упругие свойства, при одновременном воздействии давления и температуры. Ho для нашего предварительного расчета влиянием понижающего значения T на скорость упругих воли можно пренебречь, так как выше было указано, что, по данным Берча, скорость поперечных волн у гранита при давлении 4—9 кбар и нагреве до 500° уменьшается на 1,6%, а у дунита — на 3,5%.

Полученные значения Vр для «гранитоидных» пород в условиях поверхности «Мохо» «океанической коры» не учитывают фактора влагонасыщенности донных кристалических пород и того обстоятельства, что уплотненные осадки на дне образуют своего рода «прокладку», через которую передается на породы ложа давление вышележащего столба воды, как указывалось в работе. Эти факторы могут приводить к увеличению скоростей Vр в породах океанического дна на 10% и более.