2 Загальні відомості про будову землі
На сьогодні гірничі роботи проводять на глибинах до 1000÷1500 м. В Європі є деякі копальні, глибина яких сягає близько 2000 м, в ПАР та Індії на окремих рудниках розробку провадять на глибинах понад 3000÷3500 м. Нафту і газ добувають з глибин до 6000÷7000 м. Найглибші опорні свердловини досягають глибини 9000 м. Реалізовано кілька проектів буріння до глибини 15 000 м.
Наведені факти дають уяву про глибини експлуатації земних надр, яких людство досягло сьогодні і зможе досягнути в найближчі десятиліття. Ці глибини знаходяться в межах верхньої частини земної кори, грубизна якої мізерна порівняно з розмірами Землі (нагадаємо, що екваторіальний радіус Землі 6378 км, полярний радіус – 6358 км). Однак, напружений стан земної кори в цілому і у верхній її частині, котра є предметом вивчення механіки гірських порід, тісно пов’язаний з глибинною будовою і розвитком Землі, вивченням яких займається геотектоніка.
За сучасними уявленнями Земля складається з концентричних оболонок, або геосфер (рис. 1). Зовнішніми оболонками є газова (атмосфера) й водна (гідросфера). З цими оболонками межує земна кора, грубизна якої змінюється від 5 до 15 км під океанами і до 60÷80 км під гірськими районами. Розрізняють континентальну кору (складається з осадового, “гранітно-метаморфічного ” і “базальтового ” шарів) і океанічну кору (гранітний шар відсутній або має незначну грубизну). Земна кора складається з кисню (47,2 % за вагою), кремнію (27,6 %), алюмінію, заліза, кальцію, натрію, калію, магнію й водню, які разом становлять близько 99% її ваги. В земній корі зосереджена переважна частина корисних копалин.
Земна кора відділена поверхнею Мохоровичича від мантії Землі, яка простягається до глибини 2900 км. В межах останньої виділяють верхню і нижню мантію. Верхня частина мантії називається субстратом. Субстрат разом з земною корою утворює літосферу.
Нижня частина верхньої мантії – астеносфера, або шар порід з пониженою швидкістю розповсюдження сейсмічних хвиль. Блоки літосфери плавають у в’язко-пластичній речовині астеносфери.
За сучасними уявленнями склад мантії близький до складу кам’яних метеоритів – у ній переважають кисень, кремній, магній, залізо.
Н
Рисунок
2.1 − Будова Землі
Глибинні шари Землі нагріті більше, ніж поверхневі. Головним джерелом внутрішнього тепла Землі є розпад радіоактивних елементів у її надрах.
Тектонічна будова літосфери досить складна. Літосфера складається із структурних елементів різних порядків – так званих глибинних і корових тектонічних структур.
Глибинними структурами першого порядку є континенти і океанічні області кори.
Глибинні структури другого порядку – це рухомі геосинклінальні пояси і відносно нерухомі платформи.
Перераховані вище структури називають планетарними.
Тектонічні структури нижчих порядків – третього і четвертого – називають регіональними.
Особливе значення в тектонічній будові і розвитку земної кори мають глибинні розломи, які є первинними елементами будови земної кори. Глибинні розломи і розриви земної кори є тими природними швами, по яких протягом усієї геологічної історії Землі безперервно відбуваються тектонічні рухи. Останні поділяють на такі типи:
а) пульсації або загальні коливання;
б) загальні підняття і опускання;
в) хвильові рухи;
г) складчасті і блокові рухи.
Причинами тектонічних рухів і деформацій земної кори і пов’язаними з цим тектонічними силами за уявленнями академіка Пейве можуть бути речовинна, теплова, густинна і механічна неоднорідність земної кори і верхньої мантії, непостійність швидкості обертання Землі, нутація і прецесія її осі.
Отже, головна концепція сучасної механіки гірських порід полягає в тому, що напружений стан земної кори в цілому і у верхній її частині зокрема визначається дією двох незалежних силових полів. Одне з них – гравітаційне поле – зумовлене дією земного тяжіння. Друге – тектонічне поле – зумовлене нерівномірним розподілом в просторі швидкості тектонічних рухів і швидкості деформації земної кори, тобто наявністю градієнта тектонічних рухів.