Напряженное состояние литосферы Каспийского региона по результатам численного моделирования

• Автор: Дубовская, Алина Владимировна
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Современное состояние проблемы изучения напряженного состояния литосферы Земли

1.2 Основные характеристики литосферы, являющиеся важными для задач механики

1.2.1 Реологическая расслоенность литосферы Земли

1.2.2 Тепловой поток и тепловой режим Земли

1.2.3 Разломно-блоковое строение земной коры

1.3 Определяющие соотношения для материалов типа горных пород

1.3.1 Упругопластические модели Кулона-Мора и Друкера-Прагера

1.3.2 Вязкоупругие модели

1.4 Геолого-геофизические данные о литосфере Каспийского региона
1.4.1 Структура земной коры и верхней мантии
1.4.2 Поверхностный тепловой поток
Заключение к главе 1. Постановка задачи
2 Общая математическая постановка задачи и метод ее численного решения .
2.1 Система основных уравнений
2.2 Определяющие соотношения для описания поведения материалов горных
пород
2.2.1 Упруго-пластическая модель Друкера-Прагера
2.2.2 Вязкоупругая модель Максвелла
2.3 Метод численного решения задачи
2.3.1 Основной цикл расчетов
3 Построение геомеханической модели
3.1 Параметры модели литосферы Каспийского региона. Задание механических
свойств
3.2 Вычисление границы астеносферы
3.3 Методика учета разломного строения земной коры
3.4 Методика расчета современного напряженного состояния литосферы

Выводы к главе
4 Анализ напряженного состояния литосферы Каспийского региона
4.1 Напряженное состояния земной коры Каспийского региона
4.2 Напряженное состояние земной коры юго-западной и юго-восточной частей Каспийского региона
4.3 Литостатическая нескомпенсированность земной коры Каспийского региона
4.4 Сравнение результатов расчета с данными о тектонических напряжениях, полученных по механизмам очагов землетрясений
Выводы к главе
5 Применение геомеханической модели региона для целей прогноза геологических рисков и решения прикладных задач
5.1 Выделение возможных очагов сильных землетрясений на территории Дагестана
5.2 Выделение сейсмогенерирующих зон на территории Северо-Восточного При-каспия
5.3 Использование геомеханической модели для поиска мест возможного размещения углеводородов в Каспийском регионе
Выводы к главе
Заключение
Выводы
Литература
Список используемых обозначений

Введение
Актуальность темы
Объектом исследования данной работы являются поля современных напряжений, действующие в литосфере Каспийского региона. Основной задачей является определение напряженного состояния литосферы и его анализ. Метод исследования — численное решение уравнений механики сплошной среды методом конечных разностей. Решается трехмерная краевая задача в упруго-вязко-пластической постановке.
Исследования полей современных напряжений литосферы актуальны для решения прикладных геологических и инженерных задач: оценки рисков возникновения землетрясений и оползней; оценки безопасности бурения и эксплуатации скважин; разведки и добычи полезных ископаемых. Информация о напряженном состоянии земных недр полезна для фундаментальных задач исследований тектонических процессов и поведения геологических структур.
Внутреннее естественное поле напряжений земных недр формируется под действием многочисленных механизмов, среди которых нагрузка гравитационными силами, тектонические движения плит, неоднородность температурного поля, неравномерный рельеф и плотностные неоднородности.
Решение краевой задачи механики позволяет учесть перечисленные факторы при расчете напряженного состояния литосферы, а также принять во внимание геологогеофизические данные о внутренней структуре литосферы, разломном строении земной коры.
Каспийский регион остается стратегически важным регионом в связи с его высоким нефтегазовым потенциалом. Результаты анализа полей напряжений, действующих в земной коре региона, могут быть полезны для решения актуальных прикладных геологических задач: изучения условий аккумуляции флюидов, выделения возможных очаговых зон сильных землетрясений.
Целью данной работы является исследование современного напряженного состояния литосферы Каспийского региона с помощью численного решения трехмерной задачи механики сплошной среды для модели, построенной на основе современных геологогеофизических данных.

Заключение к главе 1. Постановка задачи
Создание геомеханических моделей структур Земли - объективный способ комплек-сирования геологических и геофизических данных. Создание геомеханической модели позволяет решить краевую задачу и найти распределения напряжений и деформаций в исследуемой среде. Современные подходы к решению данной задачи позволяют искать решение в упруго-пластической постановке. При этом необходимо учитывать основные факторы, оказывающие влияния на напряженное состояние исследуемой среды. Для литосферы это, прежде всего, - силы собственного веса, горизонтальные силы, вызванные движением тектонических сил, разломно-блоковое строение земной коры и неравномерный нагрев ее недр.
Преимуществом численного метода определения полей напряжений является возможность решения задачи в трехмерной постановке и получение результатов для всех точек исследуемой области. В результате решения краевой задачи напряженное состояние среды определяется полностью и может быть подвергнуто анализу.
Результаты анализа полей напряжений деформаций, действующих в геологической среде, могут быть полезны для решения актуальных прикладных геологических задач: изучения условий миграции и аккумуляции флюидов в массивах кристаллических пород, оценки сейсмической опасности, выделения возможных очаговых зон сильных землетрясений. , ;
Каспийский регион остается стратегически важным регионом в связи с его высоким нефтегазовым потенциалом. За последние десятилетия возросла геолого-геофизическая изученность его недр.
Поэтому целью данной работы является:
• Создание геомеханической модели литосферы Каспийского региона, учитывающей современные геолого-геофизических данные, и расчет современных полей напряжений, действующих в литосфере, в результате численного решения в трехмерной постановке краевой задачи механики сплошной среды.
• Анализ напряженного состояния литосферы региона для выделения возможных очагов сильных землетрясений и мест возможного скопления углеводородов.
Ставятся следующие задачи:
1. Построить геомеханическую модель литосферы Каспийского региона, на основе данных об основных внутренних границах (кровле консолидированной коры, поверхности Мохоровичича), разломном строении земной коры, тепловом потоке в регионе и горизонтальных скоростях движения поверхности, вызванных движением тектонических плит;
2. Рассчитать поля напряжений и деформаций на основе численного решения краевой задачи механики сплошной среды;