Тектоническое напряжение в земной коре

Напряженное состояние характеризует не только сами поверхностные слои, которые можно наблюдать непосредственно, но и более глубинные части земной коры, причем величина напряжения составляет несколько сот мегапаскалей (МПа). Установлено, что напряжения обладают не только вертикальной, но и горизонтальной компонентой.

Источники напряжений в земной коре можно разделить на три группы:

1-я группа - это факторы, связанные с эндогенными, то есть внутренними, процессами, происходящими не только в земной коре, но также и в мантии Земли. Именно эти процессы генерируют как глобальное поле напряжений Земли, так и тектонические движения в земной коре;

2-я группа источников напряжений связана с экзогенными факторами, такими, например, как покровные оледенения, нагрузка искусственных водохранилищ, эрозионная деятельность рек, откачка нефти, газа, воды с глубин в первые километры. В формировании глобального поля напряжений эта группа факторов играет меньшую роль;

3-я группа факторов связана с космическими источниками, например с ротационными силами Земли или силами, возникающими при быстром, практически скачкообразном изменении скорости вращения планеты, а также с приливным воздействием Луны.

Из всех перечисленных источников самый существенный вклад в общее поле напряжений вносят эндогенные процессы, которые и формируют поля напряжений разных рангов.

По современным представлениям напряженное состояние земной коры в общем случае определяется действием в земной коре двух независимых силовых полей. Одно из них - гравитационное поле - в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона, другое - тектоническое поле - обусловлено неравномерным распределением в пространстве скоростей тектонических движений и скоростей деформаций земной коры, т. е. наличием градиента тектонических движений. Тектоническое силовое поле отличается от гравитационного значительно большей сложностью. Оно связано с неравномерными распределениями в пространстве скоростей тектонических движений и деформаций земной коры. Характерными признаками тектонически-напряжённых массивов являются специфические проявления горного давления в подземных выработках.

Тектонические усилия вызывают отклонение от литостатического всестороннего давления, обусловленного весом столба горных пород на единицу площади, которое равно примерно 27Н МПа, где Н - глубина (в км).

Главное напряжение в вертикальной плоскости σ₃= Σg_i h_i всегда определяется весом пород вышележащей толщи. Это напряжение вызывает деформации сжатия, а также расширения пород в горизонтальной плоскости, чему препятствует реакция окружающих пород, в результате чего возникают горизонтальные сжимающие напряжения σ₁ и σ₂.

s₁ = s₂ = x * g *H

Здесь коэффициент x называется коэффициентом бокового давления или коэффициентом бокового отпора.. Этот коэффициент показывает, какую часть вертикальной нагрузки, действующей в рассматриваемой точке массива, составляют силы или напряжения, действующие в горизонтальной плоскости.

Кроме гравитационного напряжения в массиве действуют тектонические напряжения – от изгибающих сил при сжатии складок в пластовых породах, от влияния ранее пройденных горных выработок.