Компьютерное моделирование складкообразования в горных породах
Математическое моделирование сжатия слоистой среды, которая состоит из набора слоев с разными реологическими и механическими свойствами. Результат моделирования складкообразования и продольного сжатия системы двух слоев со значением параметра k=100.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 4,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева
Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН
Компьютерное моделирование складкообразования в горных породах
А.В. Бабичев
Геологические наблюдения в складчатых областях показывают, что во многих случаях в результате деформирования горных пород образуются слоистые нерегулярные структуры с разнообразными картинами складкообразования.Целью настоящего исследования является математическое моделирование сжатия слоистой среды, которая состоит из набора слоев с разными реологическими и механическими свойствами.Моделирование основано на численном решении методом конечных элементов уравнений механики деформируемого твердого тела с использованием пакета MSC.Marc.
Наиболее правдоподобное объяснение явления складкообразования состоит в предположении о том, что на достаточно большой глубине породы земной коры приобретают свойства пластичности.В работе полагается, что складкообразование происходит на глубине 10 км от дневной поверхности, т.е. при Р-Т параметрах границы верхней и средней коры.Рассматривается модельная область (рис. 1) длиной L=5 м и с разной высотой H=2.2, 3.4, 4.2, 4.6 м в зависимости от конфигурации модели, в которой заключен единичный слой, либо пара слоев толщиной 0.2 м. Предполагается, что левая, верхняя и нижняя границы области контактируют с жесткими телами. Правая граница области контактирует с жестким телом, которое сжимает область с заданной скоростью V=1 м/час. Верхняя граница области контактирует с жесткой поверхностью, к которой приложена вертикальная сила F, равная весу столба вышележащей породы.
Рис. 1.Постановка задачи о смятии одиночного слоя, заключенного в более пластичную вмещающую породу.
В расчетах использовалась модель идеального упруго-пластического материала с поверхностью текучести Хубера - Мизеса. Принимались следующие значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона:E=10 ГПа, . Для пределов текучести использовались типичные значения для горных пород в диапазоне от 1 МПа до 1 ГПа [1]. Обозначая через и , соответственно, пределы текучести слоя и вмещающей породы, вводим безразмерный параметр контраста свойств пластичности .
Рассматривались следующие значения предела текучести слоя : 1, 10; 50; 100; 500; 1000 МПа. Предполагалось, что предел текучести вмещающей породы (=1 МПа) не превышает предела текучести слоя. Из решений задач следует, что при значениях параметра k=1; 10 складки не образуются. При значениях параметра слой терял устойчивость с образованием складки при продолжающемся нагружении, что согласуется с оценками, представленными в [2]. Из сравнения формы складок при вариации k от 50 до 1000, следует, что рост предела текучести слоя приводит к увеличению длины волны деформированной складки.
Важным параметром является мощность сминаемой толщи пород. Для моделирования деформирования слоя в стесненных условиях рассматривалась область с сокращенной высотой (2.2 м). Результаты моделирования представлены на рис. 2. Оказалось, что в стесненных условиях деформирования сундучная складка может образовываться в сравнительно узком диапазоне изменения параметра kот 50 до 100. Таким образом, из проведенного моделирования следует важный вывод: сундучная складка может образовываться в условиях достаточно стесненного деформирования, при этом отношение пределов текучести складки и вмещающей породы должно составлять примерно два порядка.
Рис. 2. Математическое моделирование складкообразования при значении параметра контраста k=50, 100: а) сжатие области на 26%, k=50; б) сжатие области на 40%, k=100. Тоном представлено распределение поля эффективных напряжений. Рисунки в центре и справа показывают увеличенные фрагменты, выделенные прямоугольниками. Правые рисунки показывают деформации расчетной сетки.
складкообразование горный слой сжатие
Система разнесенных в пространстве двух слоев деформируется подобно одному слою, при этом вмещающая порода испытывает сдвиг (см. рис. 3б). На рис. 3в приведена фотография двухслойной складки, сделанная в районе метаморфического комплекса Бодончин[3]. Так как длину волны и амплитуду складки в расчете и в геологическом примере количественно определить трудно, можно в первом приближении считать, что в природе деформации составляли не менее 40-50% от первоначальной конфигурации, чтобы сформировались складки, показанные на рис. 3в.
Рис. 3. Результат моделирования продольного сжатия системы двух слоев со значением параметра k=100;в слоях тоном показаны поля эквивалентных напряжений Мизеса при сжатии области на: а) 20%; б) 40%; в) фотография натурной складки двух кварцевых жил в гранат-биотитовых сланцах метаморфического комплекса Бодончин (Монгольский Алтай); г) увеличенный фрагмент складки, приведенной на рис. (б).
Результаты проведенного моделирования близки к результатам, полученным в [4,5]. Найдены параметры и выбраны граничные условия, при которых деформация меняет тип: при стесненных условиях потеря механической устойчивости происходит в форме складчатости.
Работа выполнена при поддержке программы ОНЗ-6, интеграционных проектов СО РАН №9, 12 и грантов РФФИ (№11-05-00181, 12-05-31507, 12-08-00707).
Список литературы
Fjжr E., Holt R.M., Horsrud P., Raaen A.M., Risnes R. Petroleum related rock mechanics. Devel. in Petrol. Sci., v. 53, Elsevier, 2003, 491 p.
Biot M.A. Mechanics of Incremental Deformations. New York: John Wiley, 1965. 504 p.
Полянский О.П., Сухоруков В.П., Травин А.В., Алехин И.Г., Юдин Д.С. Тектоническая интерпретация термохронологических данных и P-T параметров метаморфизма пород зонального комплекса Бодончин (Монгольский Алтай) // Геология и геофизика. 2011. Т. 52(№9). С. 1256-1275.
Hobbs, B., Regenauer-Lieb, K., Ord, A. Thermodynamics of folding in the middle to lower crust// Geology, 2007, v. 35, p. 175-178.
Hobbs B. E., Ord A., Regenauer-Lieb K. The thermodynamics of deformed metamorphic rocks: A review // Journal of Structural Geology, 2011, v. 33. P. 758-818.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разновидности моделирования на базе данных геоинформационных систем. Особенности векторной топологической модели. Последовательности создания топологий и топологических слоев. Форматы построения линейных координат и сетей геокодирования, маршрутизации.
презентация [96,2 K], добавлен 02.10.2013Образование нефтяных и газовых месторождений в складках слоев горных пород. Стратиграфическая шкала осадочных пород, моделирование внешней формы залежи. Осуществление разделения продукции скважин в сепараторах. Основные элементы, обеспечивающие сепарацию.
контрольная работа [75,3 K], добавлен 13.05.2011Современные представления о механизме действия взрыва заряда ВВ в твердой среде. Определение зоны возможного разрушения при проведении горных выработок с помощью моделирования методом электрогидродинамических аналогий и методики теоретических расчетов.
реферат [13,7 K], добавлен 15.01.2011Обследование объекта моделирования и формулировка технического задания. Концептуальная и математическая постановка задачи. Проверка корректности модели. Разработка алгоритма решения, исследование его свойств. Проверка адекватности модели бурения скважины.
контрольная работа [98,4 K], добавлен 30.03.2013Основные принципы концепции системного мышления, ее применение в математическом моделировании месторождений. Верность, точность, сложность измерений в пластовых исследованиях. Стадии комплексного исследования или составления проекта геологоразведки.
презентация [563,5 K], добавлен 17.07.2014Вода как одно из самых распространенных веществ на Земле. Классификация и категории воды в горных породах, ее разновидности и отличительные особенности, значение в природе. Анализ и оценка влияния химического состава воды на свойства горных пород.
контрольная работа [17,2 K], добавлен 14.05.2012Структура земной коры как совокупность ее форм. Первичная неоднородность осадка, выражающаяся чередованием пород различного состава или окраски. Классификация слоев по мощности. Генезис слоистой структуры осадочных пород. Определение величины заложения.
презентация [2,6 M], добавлен 23.02.2015Подготовка данных для математического моделирования. Представление данных в виде трехмерных объемных (ЗД) сеток. Основные этапы построения геологической модели месторождения. Накопление, систематизация, обработка и передача геологической информации.
презентация [1,6 M], добавлен 17.07.2014Главная задача детерминированного моделирования. Марковские модели 1-го порядка. Анализ колебаний средних годовых или экстремальных характеристик стока. Моделирование искусственных гидрологических рядов. Авторегрессионные модели со скользящим средним.
презентация [76,9 K], добавлен 16.10.2014Создание физической модели анизотропии геологической среды на основе анализа амплитудно-частотных характеристик сейсмических волн, распространяющихся в слоистой среде. Техника безопасности при работе с сейсмостанцией и условия безотказной работы прибора.
диссертация [4,1 M], добавлен 24.06.2015Построение полной диаграммы деформации при объемном напряжение сжатия для образца породы с упругими свойствами. Определение участков лавинного развития трещин. Слоистые горные породы, их геомеханический состав. Объемный и поверхностный масштабные эффекты.
контрольная работа [522,1 K], добавлен 26.06.2012Дробление горных пород и материалов в результате постепенного и постоянного разрушения верхних слоев литосферы. Проведение исследования образования физического, химического и биологического выветривания. Характерные особенности элювиальных глин.
презентация [3,5 M], добавлен 10.12.2017Общие сведения о районе месторождения и его краткая горно-геологическая характеристика. Вещественный и качественный состав руд. Возведение закладочного массива. Разработка нисходящих горизонтальных слоев. Снижение концентрации радона в горных выработках.
дипломная работа [26,7 K], добавлен 24.03.2013Процесс формирования осадочной горной породы. Основные формы залегания, дислокации осадочных горных пород, их виды. Обломочные, органогенные, хемогенные породы и породы смешанного происхождения. Разлом, относительно которого произошло смещение слоев.
курсовая работа [550,1 K], добавлен 10.07.2015Моделирование систем поисковых и разведочных скважин. Стадия поисков и оценки запасов залежей (месторождений) нефти и газа. Определение количества поисковых и оценочных скважин. Использование метода минимального риска и теории статистических решений.
презентация [317,9 K], добавлен 17.07.2014Определение механических характеристик горной породы по табличным данным испытания стандартных образцов в условиях сжатия с боковым поджатием. Построение диаграммы пределов упругости и пределов прочности. Проверка существования единой кривой деформации.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 07.01.2014Виды и типы состояния влаги в горных породах и грунтах. Физико-химические свойства горных пород. Анализ коррозионной активности подземных вод по отношению к бетону. Способы защиты надземных и подземных железобетонных конструкций от коррозии и подтопления.
курсовая работа [149,3 K], добавлен 02.03.2014Содержание радиоактивных элементов в различных горных породах. Методы исследования разреза скважин. Исследование гамма-методом. Радиоактивность горных пород. Кумулятивная перфорация. Бескорпусные перфораторы. Определение пористости акустическим методом.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 04.01.2009Этапы развития гидрогеологии. Состояние воды в атмофере: парообразное, капельножидкое и твердое. Виды воды в горных породах: парообразная, связанная, гравитационная, каппилярная, кристаллизационная, лед. Понятие о скважности и пористости горных пород.
курсовая работа [24,5 K], добавлен 19.10.2014Изучение механических свойств пород и явлений, происходящих в породах в процессе разработки месторождений полезных ископаемых. Классификация минералов по химическому составу и генезису. Кристаллическая решетка минералов. Структура и текстура горных пород.
презентация [1,6 M], добавлен 24.10.2014
