Математическое моделирование напряженного состояния в зонах наклонных разломов методом конечных элементов

Abstract

Цель. Одной из важных прикладных задач геологии является оценка изменений в областях динамического влияния разломов, которая, как известно, существенно отличается по структурно-вещественным характеристикам в висячих и лежачих крыльях разломов. Логично предположить асимметрию распределения напряженного состояния в зонах динамического влияния разломов и попытаться оценить ее количественно математическим моделированием методом конечных элементов. Методы. Построена трехмерная модель напряженного состояния среды, осложненная наклонной несквозной трещиной, имитирующей зону динамического влияния разлома. Использован метод конечно-элементного моделирования (программа ANSYS). При изменении длины разлома, угла наклона плоскости его сместителя, вещественного состава пород крыльев разлома, прилагаемых внешних нагрузок анализируются и количественно оцениваются зависимости ширины зоны аномального напряженного состояния от перечисленных параметров. Результаты. Моделирование напряженного состояния в областях динамического влияния наклонных разломов позволило установить, что ширина зоны аномального напряженного состояния в висячем крыле увеличивается с уменьшением угла наклона плоскости сместителя, а в лежачем остается практически неизменной. В то же время длина моделируемого разлома и характер внешних нагрузок оказывают влияние только на абсолютные значения максимумов напряжений, а на их асимметричном распределении по отношению к плоскости сместителя практически не сказываются. Выводы. Наиболее важным результатом моделирования является то, что при равных условиях нагружения и длины рассматриваемой трещины отношение ширины зон аномального напряженного состояния висячего крыла к лежачему обратно пропорционально углу наклона плоскости ее сместителя. Асимметричное распределение аномального напряженного состояния в зоне наклонной трещины, зависящее от угла наклона плоскости ее сместителя, дает повод пересмотреть при решении прикладных задач геологии ранее установленные количественные зависимости, в которых ширина зоны динамического влияния разломов условно принималась как симметричная.