Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Упругие свойства домезозойских пород Срединного и Южного Тянь-Шаня при высоких давлениях

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Упругие свойства домезозойских пород Срединного и Южного Тянь-Шаня при высоких давлениях"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ СЕЙСМОЛОГИИ им. Г. А. МАВЛЯНОВА

на правах рукописи УДК 550.,547.097 ИБРАГИМОВ АЛИШЕР ХАЙДАРОВИЧ

УПРУГИЕ СВОЙСТВА ДОМЕЗОЗОЙСКИХ ПОРОД СРЕДИННОГО И ЮЖНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

специальность 04.00.22 — Геофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТАШКЕНТ — 1993 г.

Работа выполнена в Институте сейсмологии АН Республики Узбекистан

Научный руководитель: доктор фнз.-мат. наук.,

профессор Бакиев М. X.

Официальные оппоненты: доктор физ.мат. наук,

профессор Мардонов Б. М.

кандидат физ.-мат. наук Максудов С. X.

Ведущая организация: Ташкентский Технический Университет им. А. Р. Беруни, Факультет нефти и газа, кафедра структурной и промысловой геофизики

Защита диссертации состоится « 3 » 03 1994 года в час. на заседании Специализированного Ученого Совета Д.015.07.21 при Институте сейсмологии им. Г. А. Мавля-нова АН Республики Узбекистан, по адресу: 700128, г. Ташкент, Ц-12, ул. Хуршида, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института сейсмологии АН Республики Узбекистан.

Автореферат разослан « 1994 года

Ученый секретарь Специализированного Совета Д.015.07.21 ^ доктор физ.-мат.наук, , (Ь

профессор Т< У> АРТЫК0В

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изц-ения строения земной коры и верхней мантии Узбекистана и соп-е^ельных территорий. До настоящего времени для зт.ой террито-1ии выполнено только одно исследование, в котором целенаправ-1енно изучался комплекс физических свойств палеозойских форма-1Ий при высоких термобарических условиях (Бакиев К.Х., 1989). 1окембрийские породы, слагающие глубинные горизонты земной <оры, не исследовались. Данные по упруго-плотностным свойст-зам горных пород при условиях, соответствующих земной коре и зерхней мантии, приобретают особую актуальность в связи с ре-«ением по меныей мере двух проблем. В первую очередь это относится к построении петрофизических моделей земной коры с це-льп уточнения представлений о ее вещественном составе и структуре, включая оценку природы зон понияенных скоростей. Во-вторых, консолидированная кора является средой, в которой происходят землетрясения. Поэтому для понимания процессов в очаге, оценки его моделей, для установления физической природы предвестников землетрясений необходимо знать физические свойства среды, пре«де всего скоростные и плотностные.

• Цель исследования заключается в изучении упругих свойств домезозойских горных пород Срединного и Юяного Тянь-Шаня при давлениях до 1 ГПа в зависимости от их минерального состава и в применении их для интерпретации геолого-геофизических материалов' с целью уточнения вевественного состава зеиной коры исследуемых регионов.

Выполнение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

I. Изучение зависимости скорости продольных волн и плот-

- 4 -

ности образцов, горных пород от давления;

2. Исследование корреляционных зависимостей скорости плотности в диапазоне давлений 0,0001-1,0 ГПа:

3. Изучение влияния минерального состава на упругие ллотностные характеристики пород;

4. Создание аппаратуры, позволяющей на порядок повысит точность измерений и получать результаты замеров времени прс хоадения продольных волн в цифровом виде;

5. Построение петрофизических моделей земной коры сейсыс активных районов Срединного и Юяного Тянь-Шаня на основе с< поставления лабораторных данных по скорости упругих волн л| высоком давлении с результатами сейсмологии и ГСЗ.

Защищаемые полоеения. Экспериментально при высоких давл! ниях для различных литологических групп пород выявлены четы] типа зависимости скорости продольных волн от давления.

Для указанных пород при высоких давлениях установлена к личественная связь скорости и плотности с процентным содер1 ниеи основных породообразующих минералов и компонент химиче кого состава.

Получены корреляционные связи мевду скоростью и плотно тьв различных групп пород в диапазоне давлений 0,0001-1,0 ГГ

Построены петроскоростные модели земной коры для трех бJ ков Срединного и Южного Тянь-Шаня, различающихся по компле( геолого-геофизических параметров и сейсмической активности.

Научная новизна: ' • , •

- впервые в большом объеме и детально при давлениях Ь ГПа изучены закономерности изменения упругих и платностных рактеристик докеыбрийских пород Срединного и Южного Тянь-Ша расширена информация о физических свойствах магматически метаморфических пород палеозойского возраста;

- установлены региональные корреляционные зависимости ско-и продольных волн от. минералогического и химического сос-, а также корреляционные зависимости скорости и плотности домезоэойских горных пород;

- построены петрофизические модели, учитывающие термодина-ские условия земной коры для Центрально-Кызылкумского, ало-Нураминского и Гиссаро-Алайского регионов. • Фактический материал и личное участие. Основная часть едований, изложенных в работе, выполнена автором с 1980 по

г.г. в лаборатории Физики очага землетрясений Института мологии ЙН РУ под руководством д.ф,-м.н., профессора Ба-а Муз.Х. в соответствии с плановой тематикой института и кта П-З КАПГ "Физические свойства минерального вещества и при высоких термодинамических условиях". За эти годы выполнен полный комплекс исследований включая отбор образ-

проведение экспериментов, обработку, обобщение и интерп-'-цив результатов. В диссертации обобщены результаты зкспе-итального изучения упругих свойств 448 образцов горных.по-представляющих Мурунтаускув глубокую сквавину СГ-10, моактивные регионы Узбекистана и прилегающие территории, оцессе выполнения работы автором усовериенствована измери-ная аппаратура и разработана схема автоматизированного оп-ления времени прохохдения упругих волн, по этим усовер-твованиям получено 5 рационализаторских свидетельств. Практическая ценность. Получен обиирный экспериментальный :риал'по упругим и плотностным характеристикам доыезо-ких пород при высоких давлениях. Результаты исследований (естно с полевыми геолого-геофизическими данными применяются уточнения вещественного состава земной коры региона, а ¡е при изучении предвестников землетрясений и разработке

- в -

Физической модели очага землетрясения. Кроме того, подобн данные представляют интерес при детальном сейсмическом район ровании отдельных площадей Узбекистана.

Результаты лабораторных исследований упругих и плотности свойств горных пород были переданы для использования в еле«

щие организации: Институт физики Земли РАН. Среднеазиат научно - исследовательский институт геологии и минеральнс сырья Госкомитета геологии и минеральных ресурсов Узбекиста! Опытно -методическую экспедицию Среднеазиатского научно-исс] довательского института геологии и минерального сырья, Инс тут геологии и геофизики АН РУ, Комплексную опытно-методич кую экспедицию Института сейсмологии АН РУ, Институт сейсмо гии АН РУ.

Апробация работы и публикации. Выводы и основные поломе

диссертации докладывались и были обсуждены на рабочих совс

ниях Проекта. 11-3 КАПГ (Потсдам,1985, 1992 ; Будапешт,И

София, i989; Махачкала,1990 ), на мевдународных симпози!

(Прага,1985¡Киев,198?; Стамбул, 1989¡Бангкок,1992: Алман

1992; Суар, 1993), Всесоюзных совещаниях по исследованию Ф

ческих свойств горных пород при высоких давлениях и темпер

pax (Ташкент,1981; Ереван,1985; Уфа.1990), на иколах-семин

по физическим основам прогнозирования разрушения nopoS(Hpt

1987; Ленинград.1989), на совещаниях молодых ученых-reoj "Абдуллаевские чтения" (Ташкент, 1982,1985), на XIII Mea;

домственном совещании по изучении современных движений з

коры на-геодинамических полигонах (Ташкент,1991).

Публикации, отражающие содержание диссертации, вкл

34 статьи и тезисов докладов, соавторами являются P.A.Axs

нов, Муз.Х.Бакиев, Кел.Х.Бакиев, М.Ф.Иноятов, C.lí.ffopeei

Б.Ким, В,Н.Ленков, С.В.Сургутанов, И.О.Якубов. ■

Объем работы, Лиссертация состоит из введения, 5 глав, ви-ов, списка использованной литературы из 75 наименований и ер!ит 84 страницы машинописного текста.19 рисунков и 5 таб-

Результаты экспериментов обсу«дены с Р. А.Ахундяановым, .Бакиевым, Н.Я.Балбачаном, Р.Н.Ибрагимовым, С.М.Киреенко-, Б.Б.Таль-Вирским, И.Б.Яковлевой, А.Р.Ярмухамедовым. В ведении лабораторных опытов большую помощь оказали сотруд-и лаборатории Физики очага землетрясений Мел.Х.Бакиев, ,Ленков, С.В.Сургутанов, И.О.Якубов. При выполнении работы ,ьвое содействий оказал научный руководитель д.ф.-м.н., про-сов Ыуэ.Х.Бакиев. .

Всам упомянутым лицам автор вырамает большую благодарность.

СОДЕРШИЕ' РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформу-рована цель работы и пути ее реализации, кратко рассмотрены зктическая и научная значимость, приведены основные защицае-е полоиения.

Первая глава носит обзорный.характер. Рассмотрен имевщийся тературный материал по исследовании упруго-плотностных ха-;ктеристик широкого спектра различных горных пород и минера-1В. Выявлены особенности поведения скорости продольных волн и ютности при высоких давлениях и температурах в различных ли-злогических группах пород и минералах (Балакишиев В.А.,1981; звк Е,И.,1974; Воларович И.П. и др.1974), установлено наличие азового перехода "кальцит-арагонит" в карбонатных породах при авлениях 1,4-1,6 ГПа (Воларович М.П. и др.,1979), на основе кспериментального изучения физических свойств кернового натекала сверхглубоких скважин и сопоставления их с теми ае ха-

рактеристиками для пород с Поверхности, предломена мето; построения глубинных петрофиэических разрезов земной коры ( гид М.Ш.,1985 ) и оценена их достоверность (Калинин В.А..19! Установлено, что скоростные характеристики керна скваяин и нотипных пород с поверхности при лрилояении к ним давл! почти не различаются. Тем самым научно обоснована возмошж построения петрофиэических моделей земной коры с использов; ем экспериментальных данных по физическим свойствам при да] нии для пород, отобранных из обнанений. На основе сопоста! ния полевых материалов и лабораторных данных в условиях с ветствующих глубин предловены вещественные разрезы земной ры для Вороневского кристаллического массива (Вавакин В 1978), Украинского щита (Лебедев Т.С.,1986), Туркмении (В рович М.П., 1980), Кольского полуострова (Галдин О., 19 Центрального Казахстана (Курскеев А.К.,1978) и Сахалина ( рикова М.Ф., 1970), Для территории Узбекистана выполнен исследований комплекса физических свойств различных горных род палеозойского возраста при высоких термодинамических у виях (Бакиев Н.Х., 1369) и построены скорос-тные разрезы ной корн Кызылкумской, Ташкентской и Ферганской сейсмоак ных зон, но без учета реологических свойств геоматериала и сутствушт данные по свойствам докембрийских пород, слага сейсиогенерирунщие глубины, т,е. вопрос вещественного сос глубин'земной коры освещен недостаточно.

Данные выводы стимулировали проведение настоящей работ постановку задачи исследования.

Во второй главе дается краткая геолог.о-геофизическая рактеристика района исследования, приводится перечень суп вующих представлений о геологическом строении выделе О.Р.Ярмухамедовым (1988) трех сейсмоактивных мегаблоков,

чаюцихся по геолого-геофизическим особенностям строения ко, сейсмической активности и условиям формирования пород: нтрально-Кызылкумский, Чаткало-Кураминский и Гиссаро-Алайс-й. Приводится геофизическая характеристика-земной коры упо-нутых выае мегаблоков с использованием данных ГСЗ (Вольвовс-:й Б,С., 1991; Зуннунов Ф.Х,, 1985) и сейсмологических мате-1алов (Бутовская Е.М..1971:Дуркик А.Т..1984,Померанцева В..1975.Баринова А.Я., 1974). Здесь ie дается оценка сейсмич-1сти районов за период с 1974 по 1991 г.г. и приводится вели-ша удельной сейсмической энергии на кубометр объема земной )ры - для Центрально-Кызылкумского мегаблока 1,0*ю"Дж, для

о

пкало-Курамы с Ферганской впадиной 5,0*10 Д«, а для Гисса-з-Алайского мегаблока-9,0*10 Дк. Приведенные статистические знные показывают, что в сейсмическом отноиении Центрально-Кы-ылкумский мегаблок резко отличается от Чаткало-Кураминского йлай-Гиссарского мегаблоков.

Приведены критерии отбора образцов докембрийских и палео-ойских пород, распространенных на рассматриваемой территории, окембрийские породы представляют терексайскув свиту (северное орное обрамление Ферганской депрессии), катаркайскуп свиту Кызылкумы) и айлянгарскув, диймалекскуп, ягнобские свиты(Гис-:ар), При дальнейием изучении породы были условно разделены la слёдувцие группы: гранитоиды, вклвчавцие граниты, гранодио-5ити, диориты; вулканогенные породы, к которым относятся туры, туфолавн, туфобрекчии и порода порфировой структуры. Кар-5онатные породы, а такке сланцы, гнейсы и породы основного состава в отдельные группы не выделялись, в виду больиой разнородности их физических свойств.

Третья глава посвящена изучении закономерностей в изменении упруго-плотноетних свойств горных пород при высоких давле-

ниях, в ней излагаются и обсу«даются результаты исследовам скорости продольных волн и плотности в образцах при высот давлениях. Данная глава состоит из четырех частей:

1.Краткое описание установки высокого давления типа "щ

линдр-порвень" и методики проведения экспериментов при высок! давлениях.

2. Исследование влияние давления на плотность образц горных пород различной литологии и возраста. Болышнство пор рассматриваемого региона характеризуются высокими значения плотности. Наиболее высокие значения плотности при атмосферн давлении получены для докембрийских габбро и сланцев Кызылк мов, соответственно 2,80-2,98 г/см*и 2,82-3,92 г/см? Широк пределы значений плотности у вулканогенных пород и граните дов Чаткало-Курамы, этю связано с наличием в рассматривав» выборке пород образцов с низкой . плотностью, обусловлеш вторичными изменениями. Для изученных пород выделены три : рактерных типа зависимости плотности от давления: а) почти I нотонный рост плотности с давлением (характерен для плот: пород с низкой пористостью и трещиноватостыо); б) больной Г диент роста плотности в начальном участке прилояения давле

с дальнейшим внполаживаниеы; в) относительно высокий гради роста плотности с давлением .в интервале 0,0001 - 0,1 ГПа, нейный участок при давлениях 0,3-0,8 ГПа, сменяющийся уче ком повышения, плотности с высоким градиентом (характерно сильноизмененных трещиноватых пород).. .

3. Исследование, влияния высокого давления на скор! распространения продольных волн в образцах пород. Иэуче! породы характеризуются широким диапазоном значений скор распространения продольных волн, особенно выделяются обр гранитоидов. При' атмосферном давлении значения для п

¡зылкумов находятся в пределах 3.58-8,65 км/с, а для пород ¡ткало - Курами в диапазоне 3,31-6,39 ки/с. При давлении 1,0 1а пределы скорости для гранитоидов двух мегаблоков составля-г соответственно 5,80-7,80 и 4,90-7,36 км/с. Для докембрийс-)Х,сланцев Кызылкумов пределы значений скорости при давлени-( атмосферном и 1 ГПа составили 5.48-6,40 и 8,05-6,56 км/с. 13 габбро скорости соответственно 5,48-6,52 и 6,03-6.62 км/с, последних с прилояением высокого давления скорость возраста-г в среднем на 152. При насыщении приращение скорости соста-<ло 4,5И. а значения при давлении 1.0 ГПа на 0,3 км/с выше, зм в комнатно-сухих образцах. Среди пород катармайской свиты 5именьаие скорости показали измененный гранодиорит и метавул-энит, для которых в комнатно-сухих образцах при высоком дав-гнии 1.0 ГПа скорости находятся в пределах 5,5-5,7 км/с, Сре-л изученных пород докембрия Гиссаро-йлайского ме^аблока наи-олыие значения показывают амфиболиты, характеризующиеся коростями 6,8-7,0 км/с при давлении 1,0 ГПа. В гнейсах, при ысокик давлениях скорости распространения продольных волк на-одятся в пределах 5,6-8,2 км/с. Для докембрийских гнейсов иссара характерно большое прираиение скорости при прилояении ним давления, оно варьирует от 26 до 892 и зависит от степе-и треяиноватости пород. Образцы габбро такае показывавт отно-ительно высокие значения скорости продольных волн: при ком-атных условиях Ур в них варьирует в пределах 5,13-5,53 км/с, при давлении 1,0 ГПа - 6,17-6,54 км/с, приращение скорости I среднем составляет 21Х. В целом, все породы Гиссаро-Айайско-'о мегаблока по характеру кривой зависимости скорости от дав-1ения можно разбить на две группы: породы, показывающие рез-!Ий рост скорости в диапазоне давлений 0,0001-0,1 ГПа с посде-шщим выходом на "плато", к ней можно отнести амфиболит и

габбро: породы с резким приращением скорости до да&лений 0. 0,4 ГПа.

Для ' пород Чаткало-Кураминского мегаблока выделяются 1 типа зависимости скорости продольных волн от давления. Перс тип зависимости характеризуется резким ростом в интерв< давлений от атмосферного до 0,2 ГПа с последующим!монотон! ростом вплоть до 1,0 ГПа*. для второго типа зависимости отме1 ется увеличение с большим градиентом до давлений 0,4 Г1 такие с последующим уменьшением градиента. Третий тип - в I чальной стадии нагрумения приращение скорости с большим гра ентом, затеи в интервале 0,2-0,8 ГПа понивение значений I достигающее 0,1% с последующим незначительным ростом до дав ния 1,0 ГПа. Подобный характер зависимости скорости от дав ния связан с тем, что в лейкократовом граните наблюдается носторонняя ориентировка темноцветных минералов и при прило нии к породе давления мояет происходить или растрескиван или м&язерновое скольаение, сопровождающееся понижением с рости .

Породы эффузивного ряда С туфы, игнймбрит порфиры,, диг эовый порфирит) при давлении 1,0 ГПа показывают пределы с рости от 4,5 до 5,9 км/с. Для них наблюдается характерная висииость скорости от давления, вырагаящаяся в резком лош нии ^Сдо 57.) в начальном участке нагрувения 0,0001-0,2 Г1 последующий монотонным повыиением скорости на 1-2'/.. Такая висимость скорости от давления в вулканогенных породах о ловлена наличием в них хрупкой вулканическоой стекловатой сы (Корниец Д.В.,197?), которая при прилояении давления р рескивается, что приводит к пониаению . Вторичные измен пород сопровоадаются понижением значений скорости: при ат Фернон давлении скорости в неизмененных образцах фельзит-

<ра находятся в пределах 5,4-5,6 ки/с, а в образцах сильно »пененной той яе породы, варьируит от 4,36 до 4,38 км/с. При эвлении 1,0 ГПа неизмененные и измененные фельзит порфиры по-ззываот скорости соответственно 5,16-5,36 и 4,96-5,0 км/с.

Понижение скорости при прилолении давления наблюдается ак*е в карбонатных породах, но причина этого -фазовый переход кальцит-арагонит", происходящий при высоких давлениях 1,5-1,6 Па. Карбонатные породы, мраморы и известняки, в начальной ин-ервале нагрукения 0,0001-0,5 ГПа показывают резкий рост ско-ости1, достигавший 70'/, дальнейшее повышение давления сопро-овдается или пони«ением ^Г вплоть до точки фазового перехода кальцит - арагонит" или ростом скорости до давлений 0,8 ГПа с ■оследущим понияением. После прохо!дения точки фазового пере-:ода "кальцит-арагонит" скорости возрастают с большим гради-,'нтом. При снятии давления наблюдается фазовый переход "араго-жт-кальцит", однако скорости в образцах при давлении 0,1-0,2 'Па не достигают скоростей, полученных при первичном нагруяе--ши, это обусловлено растрескиванием породы в процессе нагру-»ения и фазового перехода, поэтому вопросу высказывается предполовение о наличии в диапазоне давлений 0,2-0,5 ГПа фазового перехода "кальцит 1-кальцит II".

Четвертая глава посвяцена рассмотрении факторов, влияющих

на упругие и плотностные свойства горных пород и корреляционных связей при высоких давлениях. Она состоит из трех частей:

1. Влияние минералогического и химического состава на уп-руго-плотностные свойства интрузивных пород. Здесь приводятся результаты статистической обработки результатов экспериментального изучения скорости продольных волн и плотности при различных давлениях с применением данных по минералогии и химическому составу пород. Установлено, что с увеличением 8 по-

роде количества кварца и биотита приращение скорости в инт вале давлений 0.0001-0,2 ГПа возрастает, а плагиоклазе собствует его уменьшению. Выявлены зависимости скорости про льных волн от процентного содержания в гранитоидах кварца.б тита, плагиоклаза и калиевого полевого ипата при давлении ГПа, Для кварца, биотита и плагиоклаза зависимость от их г центного содержания в породе прямая, причем влияние биот на скорость весьма значительно, а для КПШ - обратная. Покг нн вариации коэффициента корреляции процентного содержг рассматриваемых породообразующих минералов со значениями ( рости продольных волн при различных высоких давлениях. КПШ значения не превышают 0,38, для кварца, биотита и план лаза значения коэффициента корреляции при давлении 0,2 составляют 0.98, 0,72 и 0,66 соответственно. С ростом да) ния коэффициент корреляции несколько понижается для кв. (Г =0,75) и Плагиоклаза С h =0,66), а для биотита возрас ( г =0,?9).

Плотность пород, также как и скорость продольных волн, висит от минералогического состава. Наиболее высокая корр ция с плотностью установлена для плагиоклаза (г=0,59) й кв (обратная зависимость, г =-0,55), для остальных минералов комбинаций значения г не превышают 0,5. Кроме того, прои дено сопоставление скорости продольных волн с результатами ликатного анализа, Установлено, что наибольшее влияние на ругие параметры для изученных пород оказывает окислы не (FeO.FejOj ), кремнезем Ш0£). окислы марганца СКпО), алш (AljOj) и натрия (Na2Ç). Вычислены значения коэффициента кс ляции и уравнения регрессии связи плотности с процентны» держанием в породе компонент химического, состава и их komî ций. Здесь наиболее тесная связь, плотности наблюдается с (

(ениеи Мв0+510г/Са0, где величина г составляет -0,73. Для ), Ш.0,, Иа.О и соотношения СаО/ИдО + 510.значение козффи-

I » * *

:нта корреляции варьирует в пределах 0,58-0,60, а остальные «поненты химического состава и их соотношения имеют с плот-:ты> отрицательную связь, которая находится в пределах ,57-0,59.

2. Влияние насыщения на скорость продольных волн и плот-:ть образцов пород при высоких давлениях. Получена зависишь плотности и приращения скорости упругих волн в интервале влений 0,0001-1,0 ГПа от общей пористости гранитоидов, и выедены уравнения регрессии этой свази. Определены уравнения грессии связи приращения скорости в образцах пород со стены) насыщения 37. раствором НаС 1 и керосином, рост скорости

насыщением обусловлен заполнением флюидом меазернового остранства и микротрещин, вследствие чего улучшается акусти-ский контакт меяду зернами породообразующих минералов, Насы-ние и солевым раствором, и керосином сопровоядается повыше-ем скорости, по сравнению с комнатносухими образцами, что язано с улучшением акустического контакта иенду зернами по-дообразуюцих минералов и соответствующим повышением скорос-; продольных волн. Различия в степени приращения скорости и сынения для интрузивных и метаморфических пород связаны с ; текстурно-структурными особенностями.

3. Связь скорости продольных волн с плотностью домезо-1йских пород при высоких давлениях. Данная часть посвящена •рреляционным связям меяду скоростью распространения продоль-[х волн и плотностью как палеозойских, так и докембрийских |род при различных давлениях. На основании статистической об-»ботки лабораторных результатов при высоких давлениях получе-I эмпирические уравнения связи скорости и'плотности для кар-

бонатных, интрузивных, эффузивных и метаморфических пород о дельных районов Тянь-Шаня. Для карбонатных пород значение к эффициента корреляции г при атмосферном давлении составля 0,59, максимальное значение г имеет в интервале давлен 0,1-0,4 ГПа (г =0,76). Дальнейшее повышение давления сопровс дается уменьшением значений г , что связано с фазовым пере» дом кальцита в арагонит. В интрузивных породах связь скорос с плотностью при атмосферном давлении в количественном отно« нии минимальная ( г= 0,24), что обусловлено влиянием на а рость мекзерновых пор и микротрещин, а с прилошениен всес роннего давления значения г монотонно возрастают и достиг, максимума при 1,0 ГПа(-0,71). Для эффузивных пород коэффици корреляции линейной регрессии в диапазоне давлений от атм ферного до 0,8 ГПа колеблется в пределах 0,65-0,68 и умекь ется до 0,36 при р=1,0 ГПа. В состав эффузивных пород вхо вулканогенное стекло, которое по сравнении с другими минера ми ме'нее подвериено трещинообразованию. Поэтому влияние т щинной пористости на скорости.продольных волн при атмосфер давлении незначительно. При повышении всестороннего давле в образцах вследствие их структурно-текстурной неоднороднс возникает слокно-напряяенное состояние; в точках наибол! концентрации напряаений появляются отдельные трещины,, кот! являются причиной уменьшения скорости при монотонном непре| но« росте плотности. Вычислены уравнения регрессии связи ) рости с плотностью для метаморфических пород, при атмосфе давлении коэффициент корреляции минимален(Г = 0,53), с пов нием давления он возрастает и почти не'изменяется до 0,8 Дальнейшее повышение давления сопровогдаегся уменьшением у 0,68, что обусловлено растрескиванием образцов и, соотве венно, падением скорости.

В пятой главе обсуждается петрофизические модели земной коры трех сейсмоактивных регионов, построенные на осн<}ве сопоставления результатов геолого-геофиэического изучения глубинного строения литосферы с данными экспериментальных исследований физических свойств пород при высоких термобарических условиях. Глава состоит из двух .частей:

1. Петрофизические модели земной коры. Здесь кроме скоростных разрезов земной коры приводится распределение с глубиной температуры и количества гипоцентров землетрясений различного энергетического класса за период с 1962 по 1991 г.г. (Землетрясения Средней Азии и Казахстана) для рассматриваемой территории (класс точности А,В), при построении кривых распределения очагов для сглаживания использовано окно 5 км с магом 1 км. Для уточнения распределения с глубиной скоростей продольных волн в кривые =/(Н) вводилась температурная поправка (0,04 м»с"7*С).

Центрально-Кызылкумский мегаблок. Результаты лабораторных исследований упругих свойств образцов горных пород при высоких давлениях позволяют сделать следующие предположения о ве-цественном составе земной коры Кызылкумов. Если учитывать при сопоставлении лабораторных результатов и данные ГСЗ (Зуннунов Ф.Х.,1985), и материалы различных авторов(Бутовская Е.И.,1971), то верхняя часть коры сложена в основном различными метаморфическими,образованиями (алевросланцы, алевропесчаники, гнейсы), переслаиваемыми эффузивами и пронизанными интрузиями гра-нитоидов различного состава. Глубже 10 км распространены мигматиты и гнейсы как результат сплошной гранитизации метаморфических пород вследствие их частичного плавления и дифференциации минералов, с переслаиванием амфибол -пироксен - гранагсо-дераащих образований. На больоих глубинах степень основности

пород возрастает - скорости по данным ГСЗ соответствует значениям при давлении в лироксенитах и гранулитах.

Чаткало-Кураминский мегаблок и Ферганская впадина. По сейсмической активности в рассматривемой зоне особо выделяется Ферганская впадина и ее горное обрамление, поэтому для построения петрофиэической модели использованы профили ГСЗ Ленина-Сад-Караунгур и Вуадиль-Абадан. По данным Зуннунова Ф.X.( 1985 ) осадочный слой характеризуется средней скоростьв 3,9-4.3 км/с, консолидированная кора состоит из трех скоростных эта-«ей. Верхний эта* обладает переменной мощностью 11-16 км, а средний и ни1ний - изменяется незначительно и составляют 10-11 км. Верхний слой коры мошет быть представлен моделью с

нарастанием скорости с глубиной от 5,9-6,1 км/с до 6,3 км/с, >

ослодненноА зоной понихенных скоростей, которая залегает в пределах 16-19 км и характеризуется скоростью 5,6-5,8 км/с,-Осадочный слой представлен мезо-кайнозойскими отловениями, сменяюцимися голцей вулканогенных пород, скорости в верхнем этане коры хороко согласуются со значениями при высоком давлении в гранитах и гранодиоритах.а волновод мокет быть представлен прослойкой гнейсов и лейкократовых гранитов. Глуб*е распространена TpJntft-метаморфических амфиболпироксенсодерша^их по-■ скорости в которых при высоких давлениях находятся в пределах Г.7-?,0 км/с. Более высокоскоростные породы (пнроксени-ты, гранулиты) по всей вероятности располоаены на глубинах болев 35 км. Скоростной разрез коры Чаткало-Кураминского мегаб-лока характеризуется относительно низкими скоростями на глубинах 20-30 км и наличием низкоскоростных включений. Исходя из результатов исследований влияния на упругоплотностные свойства пород минералогического и химического составов С см,главу III) моано предполоаить, что эти.глубины представлены порода-

ии с высоким содерианием окислов яелеза и содерит иного амфибола и кварца, которые способствует понижению упругих характеристик.

Гиссаро-Длайский мегаблок. Для этой территории использованы данные ГСЗ по профилю Фараб-Бабатаг и здесь консолидированная кора характеризуется аномально высокими значениями скоростей. Изолинии скорости 6,5-6,8 кы/с приподняты по сравнении с соседними геоструктурами на 10-11 км и залегают на глубине около 10 км. На глубинах 18-36 ки отмечено два высокоскоростных включения с избытком скорости 0,5-0,7 км/с (Зуннунов Ф.Х.,1985). Сопоставление лабораторных данных с сейсмологическими материалами показывает, что верхняя часть разреза земной коры до глубин 10-12 км ыоиет быть представлена толчей гнейсов, мигматитов по ним и гранитами. Глубже 10-12 км вероятно распространены амфибол-пироксенсодермачие породы основного состава, в которых скорость продольных волн при высоких давлениях составляет 8,5-7,0 км/с. На глубинах 30 км и более^соответствует скоростям в ультрамафических породах перидотит-пи-роксенитовой формации (дуниты, гарцбургиты, вебстериты и лер-цолита). Некоторые горизонты резкого изменения скорости по ГСЗ совпадают с зонами понижения удельного электросопротивления геоматериала по данным МТЗ. Этот факт вероятно можно объяснить присутствием на этих глубинах насыщенных флюидом трещиноватых участков геоматериала.

2. Термобарические условия в земной коре и сейсмичность.

Привлечение данных лабораторных исследований деформационно-прочностных свойств пород при р,Т-условиях позволяет выделить в земной коре участки с различным реологическим поведением геоматериала: до глубин 30 км в коре выделены следующи* зоны: хрупкого разрушения, которая сменяется зоной хрупко-дила-

тансионных деформаций (р=0,5 ГПа,и400*С). которые в своп очередь при р = 1,0 ГПа и и 600"С переходят в пластические деформации (Николаевский В.П.,1986). При определенных термодинамических условиях наблюдается зона падения прочности от 10-202 до 50Х. Сопоставление модели зонального распределения реологических свойств пород в коре с количеством гипоцентров землетрясений показывает, что наибольшее их количество для К=9.10 хорошо соотносится с зоной хрупкого разрушения для всех рассматриваемых моделей. Снижение- количества гипоцентров с некоторой глубиной, возможно, обусловлено серпентинизацией пород, вследствие чего тектонические напряжения релаксируют путем крипа. Для Центрально-Кызылкумского и Чаткало-Кураминского ме-габлоков с дальнейшим увеличением глубины количество землетрясений К= 10.11 возрастает. Для обоих регионов этот рост приурочен. во-первых, к р.Тусловиям, благоприятствуюцим прерывистому скольжении, во-вторых, на этих глубинах реализуются условия понижения прочности пород и, в третьих, при температурах близ 5?3*С (точка фазового переходам кварц) в зонах с максимумом теплового поля происходит разупрочнение кварцсодержацих пород, т.е. они находятся в неравновесном состоянии. В Гисса-ро-йлайском мегаблоке распределение сейсмичности с глубиной отличается от Кызылкумов и Чаткало-Курамы меньшей максимальной глубиной генерации сейсмической энергии, что вероятно можно объяснить смешением зоны пластических деформаций в область меньших глубин. Кроме того, на глубинах 8-10 км наблюдается-некоторый рост количества гипоцентров, возмошно, связанный со сменой литологии пород по данным ГСЗ.что подтверждается' и материалами МТЗ.

Р.Сибсоном (1982) приводится модель распределения сдвиговой прочности с глубиной. В этой модели пик прочности соот-

- 21 - .

ветствует зоне перехода от сейсмичного поведения горных пород при деформировании к асейсмичному, что наблидается и в распределении количества очагов с глубиной в Кызылкумах - ниже зоны гранитизации наблидается снижение сейсмической активности. Для Чаткало-Курамынаблвдается схожая картина: минимум количества очагов в верхней части коры совпадает, также как и для Кызылкумов, с горизонтом резкого увеличения скорости по данным ГСЗ, а второй минимум - с волноводом, т.е. максимальное количество гипоцентров очагов с К=10.11 соответствует по данным ГСЗ градиентной среде с ростом скорости от 6.0 до 6,2 км/с. Этим скоростям соответствует гранитоиды, а также вторично гранитизированнне метаморфические породы.

ВЫВОДЫ

С цельв расиирения представлений о физических свойствах вещества недр Земли выполнен цикл исследований и получен об-вирный экспериментальный. материал по упруго-плотностным свойствам различных типов горных пород сейсмоактивных регионов Срединного и Южного Тянь-Ваня при высоких давлениях. Проведено его обсуждение с привлечением данных по влиянию давления на скорость продольных волн и плотность, минералогического и химического анализов горных пород, анализа полевых гело-гогеофизических исследований, сейсмологических результатов и материалов ГСЗ и ГМТЗ по трем сейсмоактивным регионам, Ясовер-иенствована измерительная аппаратура и разработана схема автоматизированного определения времени прохождения упругих волн, на этой аппаратуре выполнены исследования упругих свойств 448 образцов горных пород.

В результате лабораторных исследований при высоких явлениях плотностных и упругих свойств горных пород установлено:

- 22 -

1. Получен «ирокий спектр скчростн и плотности в различных литологических группах пород палеозоя и докембрия. Среди исследованных пород высокие значения плотности показали докемб-рийские сланцы и габбро, плотность которых превышает плотность палеозойских пород в среднем на 0,4-0,6 г/см . Наиболь-■ий разброс плотности имеют палеозойские породы Чаткало-Кура-минского, а наименьиий - породы Центрально-Кызылкумского мега-блока. Больший диапазон скоростей зафиксирован в гранитоидах Центрально - Кызылкумского и Чаткало-Курамннского мегаблоков. Выделены четыре типа зависимости скорости и плотности от давления, характерные для различных литологических групп пород;

2. Выявлено влияние на скорость и плотность минералогического, химического составов интрузивных пород и определены количественные их связи с процентным содеряанием основных по-родообразуюцнх минералов и компонент химического состава;

3. Вычислены уравнения линейной регрессии связи скорости с плотность» в диапазоне давлений от атмосферного до 1,0 ГПа и показаны зависимости этих связей от давления для различных литологических групп пород;

4. Определены количественные связи скорости продольных волн и плотности с пористостью и степенью насыщения флюидом пород.

5. Построены-петрофизические модели земной коры трех сейсмоактивных регионов Срединного к Южного Тянь-Кана на основе сопоставления лабораторных данных по упругим свойствам образцов горных пород при высоких давлениях с сейсмологическими материалами;

6. Показана связь сейсмичности и распределения гипоцентров землетрясений по глубине с реологическими характеристиками геоматериалов ^ термодинамическими-условиями в земной коре.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Скорости упругих волн и плотность при высоких давлениях у горных пород зоны Таласо-Ферганского разлома - В кн.: Физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах для задач сейсмологии. -Тамкент, 1981. -с. 86-87. (соавторы: Бакиев Муз.Х.. Киреенкова С.II.)

2. Сопоставление скоростного разреза Чаткало-Кураминской системы структур с лабораторными данными при высоких давлениях. -Тезисы докладов конференции "Абдуллаевские чтения". -Тамкент. 1982. с. 96-97.

3. Упругие свойства горных пород Восточного Узбекистана при высоких квазигидростатических давлениях до 10 кбар - Тезисы докладов конференции "Абдуллаевские чтения". -Таякент, 1982. -с.98-99.(соавторы:Бакиев Муз.X..Киреенкова С.К.)

4. Сопоставление физических свойств горных пород из районов разной сейсмичности Узбекистана - В кн.: Прогноз землетрясений. Дуванбе-Москва, 1903-1934, N4. с.232-244. (соавторы: Бакиев Муз.Х,, Уломов В.И., Бакиев Мел.Х. и др.)

■ 5. Исследования при высоких термобарических параметрах комплекса физических свойств образцов пород земной коры Узбекистана - В кн.: Аппаратуры, методы и результаты экспериментальных и теоретических исследований физических свойств минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах. - ГДР, Потсдам, ЦИФЗ, 1985, с.3-4. (соавторы:Бакиев Нуз.Х., Бакиев Мел.Х., Ким A.B.)

6. Упругие свойства образцов пород из разных сейсмогенных зон при высоких квазигидростатических давлениях до 18 кбар -В кн.: Сейсмогеодинамика области перехода от орогена Тянь-Шаня к Туранской плите. -Ташкент, 1986, с.128-134.(соавторы:«Ба-

киев Муз.Х., Кнрееннова С.М., Ахунджанов Р.)

7. Экспериментальное изучение прочностных и упругих параметров интрузивных пород Узбекистана при высоких давлениях - В кн.: Новые методы, аппаратура и результаты экспериментальных физических свойств минералов и горных пород при высоких термобарических режимах. -Тезисы докладов Тематического Симпозиума и Рабочего Совецания Проекта 3 КАПГ. Мшкольц-Будапежт, 1987, с.94-97.(соавторы: Бакиев Муз.Х., Бакиев Мел.Х.)

8. О связи вецественного состава земной коры Восточного Узбекистана с сейсмичностью - В кн.: КйПГ Project II-3, Симпозиум и петрофизическая экспедиция, София, 1989, с.28.(соавтор: Бакиев Иуз.Х.)

9. Глубинное строение земной коры сейсмоактивных зон Узбе-

*

кнстана по геолого-геофизическим данным и их интерпретация с лабораторными петрофнзическими результатами. - Изв. АН СССР. Физика Земли, 1989, К 9, с. 73-81.(соавторы: Бакиев Иуз.Х., Пархоменко З.И. и др.)

10. Геолого-геофизическая модель земной коры Вжного Тянь-!а-на по результатам исследования физических свойств горных пород при высоких термодинамических условиях.-Итоговый Международный Симпозиум Проекта II-3 КЙПГ "Геофизические свойства вещества и внутреннее строение Земли". СССР.Махачкала,1990, с.40.(соавторы: Бакиев Муз.Х., Бакиев Мел.Х., Сургутанов С,.В.)

11. Взаимосвязь физических параметров горных пород сейсмоактивных регионов Узбекистана. - В кн.: Физика горных пород при высоких давлениях. М.:Наука,1991 г.,с.174-180.(соавторы: Бакиев Муз.Х., Пархоменко З.И., Киреенкова С.П.,Бакиев Мел.Х.)

.12. Петрофизическая модель земной коры Южного ТяньНаня по данным комплексного исследования физических свойсте горных пород при высоких р.Т-условиях. - КйПГ, проект 2.5 "Проблемы ге-

офиэики высоких давлений и температур". Итоговый ие«дцнарод-ный симпозиум и петрографическая экспедиция. Программа и тезисы. 23-28.09.1991 г. ЧСФР. Острава с.б. (соавторы: Бакиев Муз.Х., Сургутанов С,В., Ленков В.Н., Бакиев Мел.Х,)

13. Упругие свойства докембрийскйх пород и петрофизические модели земной коры некоторых сейсмоактивных районов Узбекистана. КАПГ,проект 2.5 "Проблемы геофизики высоких давлений и температур". Итоговый мемдународнмй симпозиум и петрофизи-ческая экспедиция.Программа и тезисы. 23-28.09.1991 г. ЧСФР, Острава. с.15.

14. К методике построения петрофизических соделей земной коры на основе сопоставления лабораторных и полевых геофизических данных - HI-семинар '^Нетрадиционные методы изучения неод-нородностей земной коры". Тезисы. Объединенный Институт физики Земли, 15-1? декабря 1993 г. М.: 1993, с. 42-43 (соавтор; Бакиев Нуз.Х.)

15. Петрофизические модели земной коры по результатам лабораторных и полевых геофизических исследований (на примере Ферганской впадины) - Узбекский геологический^«урчал, 1993, N" б, в печати.(соавтор: Бакиев Муз.Х.)

16. Study of coapressional uave velocities and dencltles of j. rock saaples froa seisnlcally active regions of Uzbekistan

under high teaperature and pressure. - Physical properties of the Mineral slsten of the Earth's Interior. -Prague, 1985. p.p.23-28 (соавторы: Бакиев H.X., Киреенкова C.M.)

17. Investigations of elastic properties and solidity of various granitoids under high- pressures in Uzbekistan. - High pressure science and technology Proceedings. Xl-th flIRflPT International confereyce,. Kiev, 1987, vol. 2, p.p.107-110 (»зав-тор: Бакиев Муз.Х.)

18. Study of P-Have velocity and denclty of Uzbekistan rock saiples under high quasl-hydrostatlc pressure up to 1,6 CPa, -Hifih pressure Investigations In Ceosciences. -Berlin, 196S. p.p. 47-51 (соавтор: Бакиев Муз.Х.),

19, Petrophystcal icdels of the Earth's crust In seisilcally active regions of Uzbekistan built on the basis of laboratory research of physical properties of the noutaln rock in hleh theraodlnailc conditions. -SUAR. China, J.:Inland Earthquake", 1994, v.l, в печати (соавтор: Бакиев И.Х.)

- 27 - .

THE ELASTIC PROPERTIES OF CENTRAL AND SOUTHERN TIEN SHAN PRENESOSOIC ROCKS AT HICK PRESSURES

In this work have been described the results of researches of Central and Southern Tien Shan precaabrlan and paleosolc rocks elastic properties at high pressure up to 1,0 SPa . The regularities of behaviour of density and P-wave velocities at high pressures for Inland, voulcanogenous. aethaaorphyc and carbonat rocks have been established. The studied rocks have different age, composition and structural-textural properties. So revealed the influence on the density and velocity of alneraloglc and chealcal coiposltlons.

Have been deteralnated follouins as:

The equation linear regression of density and velocity relation at pressures 0,0001-1,0 GPa;

. The relations of the density and velocity with porosity and the rocks saturation degree.

Have been'built the- petrophyslcal aodels of the Earth's crust Central-Klzllkua, Chatcalo-Kuraaa and f{lssaro-Alay reglons coaparlslng P-uave velocity obtained under high pressures with selsaologtc data of Selsalc Deep Sounding (SDS). The re, latlon of selsalclty and earthquakes hypocentres distribution on the deeps with rocks reologlc properties and theraobarlc conditions In the Crust was showed.

; • . - гв -

НЙРКЙЗИН Вй 1ЙН9БИИ ТЁН-10Н МЕЗОЗОЯ ТОГ ШСЛйРНИНГ ВКОРИ'БОСИНДЙГИ ЗЛЙСТИК ХУСУСИЯТН

Илмномада Каркаэий во 1анубий Тён-1ондаги архей-протеро-зой ва палеозой даврига мансуб турли винсларнинг 1,0 гигапас-кал босимда физик хоссадари вритилган. Скори босимда интрузив, вулкон, метаморфик ва чукинди (карбонат) «инсларининг змчлигм ва тулкин ¿тцазиш тезлиги узгари» конуниатлари аник,-ланган. Интрузив «инсларнинг зичлигига, тулкин уткаэи« тезли-гига уларнннг минералогии ва ким§вий таркиби таъсир к.или»и аницланган. Бу таъсир асосий минераллар ва кимевий моддалар микдорига богликлиги к^рсатиб берилган. Тйлкин теэлигининг атмосфера босимидан (0,0001 ГПа) 1,0 гигапаскалгача босим орали-гида зичлик билан алокасининг регрессия тенгламаси хисоблаб чикилган. Бу алоцанинг турли литологии гурухлардаги аинслар-босимга богликлиги курсатиб берилган. Тулцинлар тезлигининг ва эмчликнинг хине говаклиги ва унинг флвид билан туйииив да-ражасига богликлиги аницланган.

В«,ори босимда тог аинслари-зластик хусусиятларнга дойр .лаборатория маълумотларини сейсмология материалл?ри билан ки-Вслам асосида Каркаэий Кнзилкум. Чоткол-Курама, Хксор-Олой минтацаларидагн ер кобигининг петрофизик моделлари яратилган.

Зилзилалар- гипоцентрлари ер кобигида таксимланиши кинслар реологии хусусиятларнга,термодинамик «ароитга богликлнги курсатиб берилган.