Изменения в горных породах

Известно, что почти везде в нескольких метрах под поверх­ностью Земли горные породы пропитаны грунтовыми водами. Вода насыщает породы и заполняет в них все трещины и поры. Ученые исследовали, что происходит с образцами водонасы-щенных пород, когда их подвергают лабораторному испытанию на сжатие, для чего используются мощные прессы, похожие на автомобильные домкраты. Оказалось, что при некоторых усло­виях под действием касательных напряжений объем влажных по­род увеличивается, а не уменьшается. Это увеличение объема при деформации называется дилатансией. Оно свидетельствует о том, что с возрастанием давления объем горных пород может увеличиваться за счет открытия множества микротрещин и их дальнейшего расширения. Грунтовая вода, которая попадает в эти микротрещины, гораздо менее сжимаема, чем воздух, по­этому давление не может легко закрыть их.

Предположим, что нам удалось с помощью какого-то инстру­мента заглянуть внутрь земной коры во время ее деформирова­ния. Какое развитие событий мы бы там увидели? Прежде всего медленное деформирование коры под действием локальных тек­тонических сил приводит к появлению во всем блоке затронутых горных пород множества микротрещин. С течением времени происходит диффузия воды в трещины и заполнение их. В этот период объем блока увеличивается-идет дилантасия, и этот про­цесс можно обнаружить на поверхности по вспучиванию грунта, достаточно большому, чтобы его можно было заметить при ни­велировании, или по движению установленных на побережье ре­перов-футштоков. Такие изменения, происходящие в горных по­родах, должны сначала ослабить их, особенно в зонах разломов; затем давление воды в трещинах понижает суммарную величину всестороннего сжатия, так что вдоль разлома может распростра­ниться крупная трещина. По ней начинается и развивается упру­гая отдача деформированных горных пород.

До сего времени такая последовательность событий, предше­ствующих землетрясению, еще никогда не наблюдалась непос­редственно, но имеются по меньшей мере косвенные данные о том, что нечто подобное действительно происходит (см. гл. 9). Так или иначе, очень полезно поразмышлять о процессах, приво­дящих к землетрясениям, когда мы уже стали находить их прав­доподобные предвестники-быстрое изменение уровня дневной поверхности, наклон поверхности земли и флюктуации уровня воды в скважинах и колодцах.

Несомненно, что трещины, образующиеся при деформации земной коры, дают хорошее объяснение как форшоков, так и аф-тершоков. Причиной форшоков можно считать возникновение зачаточных разрывов в деформированном и растрескавшемся материале,-по разлому, который раньше не развивался, так как условия для этого еще не созрели. Однако форшоки слегка изме­нят поле напряжений и могут повлиять на движете воды и рас­пределение микротрещин. После нескольких предварительных разрывов произойдет вспарывание более длинного шва, что и служит причиной главного удара землетрясения. Резкая под­вижка горных пород вдоль главного разрыва вместе с вызванны­ми ею сильными колебаниями и локальным выделением тепла создадут физическую обстановку, весьма отличную от той, кото­рая существовала до землетрясения; в результате могут образо­ваться дополнительные разрывы и возникнуть афтершоки. Шаг за шагом энергия деформации в районе будет уменьшаться, по­добно тому как кончается завод у часов, пока-возможно спус­тя несколько месяцев-не восстановятся стабильные условия.