Данная статья ставит задачу внесения на обсуждение теории возникновения всех типов землетрясений вследствие самопроизвольного взрыва пород горного массива и показать основные положения теории и её значение в практическом плане.
В настоящий момент выполнение поставленной задачи крайне затруднено в виду ошибочности убеждения многих сейсмологов в принципиальной неразрешимости задачи надёжного прогноза землетрясений.
Химическая формула землетрясений. Взрыв пород горного массива как источник подземных толчков
Землетрясения, регулярно происходящие на земле, стирают в пыль города и сёла, убивая при этом сотни тысяч людей. Человечеству крайне необходимо научиться прогнозировать это грозное явление. Но не зная реальных причин землетрясений мы лишены возможности сказать - где следует ожидать следующее землетрясение, какой силы оно будет и интервал времени в течении, которого оно произойдёт. Целью данной работы является обоснование теории происхождения землетрясений в результате воздействия на земную поверхность ударной волны взрыва породы в очаге землетрясения вследствие резкого изменения деформационных нагрузок в горном массиве и образования в его породах потока свободных радикалов газов (метана, углекислого газа, водорода) и свободных радикалов кислорода приводящего к возникновению цепной химической реакции, в результате которой происходит разрыв молекулярных и атомных связей породы и вся накопленная горным массивом энергия упругих деформаций реализуется в виде взрыва.
Существует большое количество теорий происхождения землетрясений, начиная от классической теории Упругой отдачи, разработанной ещё в 1910 году Г. Рейдом [3] до различных экзотических теорий типа растрескивания земной коры от действия тёмной материи. В классическом понимании природы явления [1,2,5,20] с различными дополнениями и допущениями, сделанными за столетие после Рейда, землетрясение представляют собой подземные толчки и колебания земной поверхности, которые возникают в результате выделения внутренней энергии горных блоков образующейся при тектонических и других смещениях в земной коре. Смещению пород в земной коре препятствует трение, вследствие чего, энергия землетрясений накапливается в горном массиве в виде упругих напряжений. Когда деформационные напряжение плит или блоков массива достигает критической точки, превышающей силу трения пород, происходит их резкий разрыв со взаимным смещением, и накопленная энергия реализуется в виде волновых колебаний поверхности земли. Ряд факторов указывает на достоверность данной теории (наличие известных сейсмически активных зон, тектонических плит, зон разломов земной коры), но отсутствие результативных и надёжных методов прогноза землетрясений уже много лет сигнализирует, что теория или не верно отражает суть явления или в её основе существует значительный пробел, который не позволяет понять реальную картину происходящих процессов внутри земли. Ярким примером такого пробела служат техногенные землетрясения, происходящие при наполнении водохранилищ, испытаниях ядерного оружия, добыче полезных ископаемых. Характер этих землетрясений существенно отличаются от классического сценария. Очевидно, что если техногенные землетрясения происходят не в зонах сейсмической активности, не в зонах движения тектонических плит, не в зонах разломов, как это должно было быть по классическому подходу к рассмотрению причин землетрясений, то это указывает на вторичность приведённых сейсмический факторов. Возникают и другие вопросы, к примеру, почему землетрясения происходят только по мере заполнения водохранилищ водой и почему прекращаются с окончанием заполнения? Ведь объём воды не уменьшился, а увеличился и, следовательно, энергия деформации пород под водохранилищем увеличилась. До сих пор нет ответа на вопрос каков механизм морозобойных землетрясений [5] и почему низкие температуры вызывают подземные толчки? До настоящего момента нет ясного ответа почему происходят Вулканические землетрясения? (Ниже я постараюсь ответить на эти три вопроса). В свете классической теории существуют тектонические, вулканические, обвальные, техногенные и морозобойные землетрясения. Невольно возникает вопрос - если перечисленные типы землетрясения вызываются разными механизмами: тектонические - движением плит, вулканические - извержением вулканов, обвальные - обвалами, морозобойные - низкими температурами - то это разные явления с разными механизмами и причинами возникновения? Или же механизмы разные, а причина одна? Вот ещё факты, которые нельзя объяснить классической теорией происхождения землетрясений. В статье [17] американские учёные из университета штата Техас в Остине приводят данные согласно которым, из 162 землетрясений, произошедших в Техасе в период 1975-2015 гг., примерно четвертая часть была вызвана добычей сланцевых углеводородов. Приведённая ими статистика свидетельствует о том, что за последние 40 лет, когда в штате начались активные работы по добыче сланцевой нефти и газа, частота подземных толчков возросла. Проанализировав данные, ученые установили, что в большинстве случаев эпицентры "сланцевого землетрясения" находились в непосредственной близости от скважин, а подземные толчки были спровоцированы закачкой большого количества воды в скважины. То есть и в этих случаях не о каких сейсмозонах, тектонических плитах, обвалах, вулканах, морозах речь не идёт, а добытая нефть замещена водой, которая восстановила прежний баланс деформаций. К этому следует добавить, что расположение очагов землетрясений в непосредственной близости от скважин указывает на их строгую зональность, которая никаким образом не связана ни с какими другими параметрами, а напрямую зависит от точки приложения нагрузки на массив. Это хорошо согласуется с наблюдениями за роем землетрясений случившимися 1962 в США, в штате Колорадо, которые были вызваны закачкой отработанных радиоактивных вод в скважину, пробуренную до глубины 3671 м. Глубина очагов роя землетрясений составляла 4,5-5,5 км, а их эпицентры также располагались близ скважины. В рамках классической теории нет объяснения факту почему энергия землетрясения выделяется всегда в одной точке (очаге), вместо того, чтобы проявляться по всей длине соприкосновения плит, как например при Калифорнийском землетрясение 1906 года, когда сдвиг грунта на поверхности земли наблюдался на расстоянии 477 километров. Получается будто энергия деформационных напряжений вместо того, чтобы реализоваться во всех точках по всей длине сдвига тектонических плит, неизвестным нам способом, из всех точек соприкосновения, *перелилась* в одну единственную точку очага, где произошла её аккумуляция и реализация в виде ударной волны огромной мощности эквивалентной энергии взрыва мощностью несколько мегатонн тротила. Очевидно, для того чтобы образовался распарывающий поверхность земли многокилометровый разлом, вначале должна быть затрачена энергия для образования этого разлома и причина землетрясения какая-то неизвестная нам сила, которая легко подбросила многокилометровую, супертяжёлую тектоническую плиту с такой энергией, чтобы она распорола землю огромным шрамом длиной в 477 километров. Исходя из приведённых фактов, напрашивается вывод: если очаг землетрясения находится в микроскопической по размерам относительно размеров тектонических плит точке земной коры и в этой точке происходит выделение энергии, определяющей характер землетрясения, то причина землетрясения находится именно в этой точке, а движение тектонических плит, их трение, параметры напряжений и деформаций, геология и глубина горного массива, местоположение, природные факторы, являются вторичными сейсмическими факторами, а реальная причина остаётся неизвестной. Похожие рассуждения высказал известный новозеландский сейсмолог Д. Эйби, который заявил, что возможно большая часть энергии землетрясения высвобождается не от разрядки упругих напряжений массива, а от чего-то другого, а всё остальное только формы сейсмической активности [4 с.101]. Так, что из себя представляет процесс в конкретной точке земной коры, который вызывает столь катастрофические последствия? Я полагаю, что причиной землетрясения является взрыв в горном массиве, ударная волна которого вызывает сейсмические волны. Но, если допустить, что причиной землетрясения является взрыв, то уместно задать справедливый вопрос - что может взорваться в глубине земли? Ответ только один: в очаге землетрясения может взорваться только порода, так как под землёй кроме неё ничего нет. Следовательно, только самопроизвольный взрыв пород в горном массиве, который, ввиду его характера я назвал Деформационный, может вызвать землетрясение. Причём, большие магнитуды землетрясений говорят за то, что порода внутри земной коры взрывается с мощностью, приближённой к ядерному взрыву (землетрясение магнитудой 7.0 оценивается как взрыв 1 мегатонны тротила). Так что за процессы в земной коре приводят к тому, что обыкновенная порода, обыкновенный кусок песчаника, базальта, гранита взрываться как ядерный заряд? Можно ли предотвращать Деформационные взрывы, а, следовательно, и землетрясения и можно ли их точно прогнозировать? Ответы на эти вопросы помогут человечеству найти способы противодействия Деформационным взрывам, которые навсегда избавят людей от трагических событий - землетрясений. Чтобы ответить на поставленные вопросы, нам следует разобрать такое явление в горном деле как Внезапный выброс пород и газа из горного массива [7,9,11,15] и понятие химической цепной реакции под названием Холодный взрыв (16). В горном деле существует газодинамическое явление, которое называют Внезапным выбросом из горного массива газов и горной массы и его частный случай - Горный удар. Процесс Внезапного выброса сродни землетрясению - внезапно возникшая ударная волна в горном массиве. Это явление зафиксировано в подземных шахтах с 1834 года и хорошо изучено в виду его доступности для исследователей и огромного статистического материала, накопленного за многие годы изучения. Внезапный выброс сопровождается частичным или полным разрушением горной выработки, бурным выделением газов в выработку и образованием взвеси очень тонкой породной пыли в атмосфере горной выработки под названием *бешеная мука*. Наличие породной муки тонкого помола указывает на разрушение горного массива не только от действия ударной волны, но и по причине внутримолекулярного разрушения самого горного массива. Самым мощным Внезапным выбросом в истории считается выброс 14 тысяч тонн угля и около 600 тысяч м3 газа метана, который произошёл в 1969 в Украине на шахте им. Ю. А. Гагарина на глубине 750 м. Горную выработку засыпало выброшенным из пласта углём на протяжении 650 м. Основой выброшенного из горного массива газа является газ метан, находящийся в смеси с углекислым газом, азотом, некоторыми тяжёлыми углеводородами - этаном, пропаном, а также наблюдалось небольшое присутствие аргона, сероводорода, водорода и гелия. Это объясняется тем, что газ метан является основой для ряда его углеводородных компонентов - гомологов: этана, пропана, а из не углеводородных компонентов в метане часто присутствует именно азот, двуокись углерода, сероводород, аргон, гелий, водород. В работе [21] отмечено, что при выбросах содержание гомологов метана возрастает на порядок и более. Это хорошо согласуется с приведённой ниже формулой образования свободных радикалов метана и кислорода (формула землетрясений), где на этапе преобразований появляется газ этан C2H6. Помимо выбросов угля, имели место выбросы песчаников, калийных солей, а при сооружении тоннеля Арпа-Севан в Армении имели место выбросы порфиритов. Таким образом практически все виды пород могут участвовать в этом явлении. Исходя из этого, мы можем сделать заключение, что общим условием для Внезапного выброса являются высокие упругие свойства пород горного массива и наличие газа метана и других газов в поровом и межмолекулярном пространстве. Существует несколько теорий Внезапного выброса [6,8,10] и причин его проявления, отличающихся оценкой участия в внезапном выбросе газа, напряженно-деформированного состояния массива, а также физико-механических и физико-химических свойств породы. Внезапный выброс породы и газа рассматривается как процесс разрушения горного массива в результате взаимодействия высокого давления газа в порах и микротрещинах горного массива и быстрой деформацией горного массива в зоне ведения горных работ. Упрощённо этот процесс представляют, как взрыв ёмкости находящейся под высоким давлением газа при нарушении её целостности, то есть первопричиной Внезапного Выброса по мнению научных кругов является энергия сорбированного в процессе формирования горного массива газа. В работе [18, Глава7] приведены интересные результаты и выводы учёных СССР производившие опыты по накачке пород газами. В работе сделан вывод, что любая накаченная газом порода - это физическая взрывчатка, где слово физическая говорит за то, что, взрыв породы носит именно физический вид и является результатом реализации потенциальной энергии сжатого газа. Выполненные учёными комплексные исследования подтвердили, что при повышенных температурах и высоком горном давлении, газы преодолевая энергетическое сопротивление кристаллических связей минералов и пород (включая алмазы), вторгаются внутрь их структур и переводят системы в метастабильную субстанцию, а сам процесс представляет собой энергетическую накачку пород с переводом привычных нам каменных форм в физическую взрывчатку. Это утверждение, по моему мнению, оказывается верно только отчасти. Если рассматривать процесс Внезапного выброса с самого начала, то есть от начала формирования горного массива, то за многие миллионы лет газы атмосферы, газы углеводородов, магматические и другие газы, под действиями высоких температур и горного давления сорбировались в горный массив в виде адсорбции, абсорбции и хемосорбции. То есть молекулы газов образовывали связи с молекулами пород горного массива под действием сил молекулярного притяжения, диффузии и создавали молекулярные связи с образованием устойчивых химических соединений. Так, за много миллионов лет, при высоких температурах и давлениях происходило и продолжает происходить насыщение горного массива газами, образуя локальные высоконасыщеные газом зоны в горном массиве. Глазами современной науки именно газ, растворённый в горном массиве, при резком уменьшении окружающего горного давления, взрывообразно десорбируется из горного массива с выделением потенциально энергии сжатия и прорывается в горную выработку. Но мы прекрасно знаем, что адсорбированный газ при снятии внешнего давления переходит в свободное состояние и выделяется из породы не мгновенно, а в течении одного - двух часов. А абсорбированный газ выделяется из горного массива в течении несколько суток и недель, а хемосорбированный газ покидает горную породу в течении десятков лет и в большинстве случаев остаётся химически связанным с массивом навечно. Очевидно, что в таком случае ни о каком резком и внезапном выбросе газа из горного массива не может быть и речи. Утверждения же некоторых учёных о том, что газ десорбируется из пород в течении большого промежутка времени и скапливается в перемятых, слабых прослойках породы, выполняющих роль резервуаров, несостоятельны, так как это частные случаи для некоторых перемятых угольных пластов. Действительно, для угольных пластов, которые могут состоять из прослойков слабых углей эта теория может в какой-то мере показаться рабочей, но как её применить к выбросам крепких углей, песчаников и порфиритов? Газ скапливается в трещинах? Но, тогда это будут суфляры. Откуда в таком случае в горном массиве резервуар для аккумуляции нескольких сотен тысяч кубометров газов десорбированных из породы? Сказанное выше заставляет предположить, что истинной причиной Внезапного выброса породы и газа из горного массива, как и в случае с землетрясением, является самопроизвольный Деформационный взрыв пород и, следовательно, я предполагаю, что Внезапный выброс и землетрясение имеют общую причину и природу. Характер Деформационного взрыва хорошо понятен и объясним в сравнении с Холодным взрывом. Холодный взрыв [15] явление цепной химической реакции, происходящей при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. Эффект был открыт в 1980 году в Институте химической физики Академии Наук СССР. Первоначально реакция была обнаружена для смеси метил циклогексана и хлора, охлаждённой до температуры ~10 К. На смесь для инициирования образованием свободных радикалов воздействовали лучом лазера. При быстром охлаждении смеси и в диапазоне температур от 60 до 10 К происходил взрыв. Механизм возникновения и прохождения цепной реакции объясняется наличием в образце деформаций сжатия, возникающих при быстром охлаждении. При резком понижении температуры, деформации в образце не успевают релаксировать, что приводит к образованию цепной реакции свободных радикалов. За доли секунды их число лавинообразно нарастает, что приводит к взрыву. Отличие Деформационного взрыва от Холодного взрыва заключается в том, что в породе при очень быстром снятии горного давления возникают не деформации сжатия, а деформации мгновенного растяжения. А дальше всё происходит, как при Холодном взрыве, только инициирование образования свободных радикалов вместо лазера происходит за счёт резкого изменения горного давления - напряжения в горном массиве при его резкой разгрузке не успевают релаксировать, в породе происходит образование лавинообразного потока свободных радикалов, что приводит к цепной химической реакции, которая порождает Деформационный взрыв, а он в свою очередь - ударную волну. Основными участниками цепной реакции являются молекулы O2, СH4, СО, H2, N2. Исходя из формулы образования свободных радикалов X → X+ + e¯ / Y + e¯ → Y¯ , формула образования цепной реакции свободных радикалов метана и кислорода, и процесса рекомбинации для горного массива (Формула Землетрясений) будет иметь следующий вид:
O2 →2O
CH4 + O → CH3 + OH
CH3 + O2 → CH3O + O
2O → O2
2CH3 → C2H6
CH3 + O → CH3О
где: O2, CH4, O, CH3 - кислород, метан и их радикалы.
В качестве примера рассмотрим прохождение цепной реакции с содержащимися в породах молекул водорода и кислорода в случае инициирования процесса резкой разгрузкой горного массива:
H2 + O2 → 2OH
1. H + O2 OH + O
2. O + H2 OH + H
3. OH + H2 H2O + H
Н + О2 + 2Н2 ОН+ 2Н
Мы получили три последовательные реакции с суммирующей реакцией, где одна активная частица превращается в три активных частицы: атомы кислорода O, водорода Н и свободный радикал ОН.
где: O*, H*, OH?, H2, O2 - кислород, водород, их активные частицы и радикал.
Так как цепные реакции очень*капризны* к условиям, составу и прочим различным факторам, некоторые активные частицы могут погибнуть, не дав продолжения цепи, то приведённая схема реакции может выглядеть иначе. Не в этом суть, а том, что даже одного радикала может хватить, чтобы число активных центров начало расти в геометрической прогрессии и реакция перешла во взрывной режим. Для реакции каждой активной частицы с молекулой исходного вещества требуются миллиардные доли секунды и при больших концентрациях реагентов происходит мощный взрыв.
Теоретиком химических цепных реакций, немецким химиком М. Боденштейном, были сформулированы три основных принципа протекания цепной реакции: А. Инициирование цепи (рождение цепи), когда происходит образование активных частиц; Б. развитие цепи; В. Обрыв (смерть) цепи. Инициирование реакции в разных случаях происходит по разным причинам: действия температурного фактора, при поглощении света, механического импульса, резонанса массива и по другим, многим причинам. В нашем случае зарождение цепной реакции происходит при резком изменении горного давления в какой-то части массива. На стадии развития цепи образуются молекулы продуктов реакции и одновременно появляется новая активная частица - свободный радикал, способная продолжать цепь. На стадии обрыва происходит исчезновение цепи - дезактивация свободного радикала. Естественно, предложенная выше формула землетрясений выражает общий принцип происхождение Деформационного взрыва. Как мы знаем из практического опыта Внезапных выбросов, в этом процессе могут принимать участие не только метан и водород, но и другие химические вещества. К примеру, известны Внезапные выбросы, в которых основным участником событий был диоксид углерода СО2. Горные инженеры давно обратили внимание, что выбросы с участием газа СО2 отличаются от метановых повышенной мощностью. Почему? Никто не знает. В добавок к этой загадке, существует ещё одна: если диоксид углерода продукт гниения и горения, то откуда в шахтах, при Внезапных выбросах, он берётся в таких огромных количествах? И только, если предположить, что в горном массиве происходит Деформационный взрыв за счёт цепной реакции моноксида углерода СО с выделением продукта реакции газа СО2, то всё встаёт на свои места. А, что касается силы Внезапного выброса, то благодаря наличию у молекулы СО тройной связи, её энергия диссоциации составляет 1069 кДж/моль и это больше чем у любых двухатомных молекул. Если взять тот же метан, то его энергия разрыва молекулярной связи составляет всего 412 кДж/моль, то становится понятна почему при Внезапном выбросе диоксида углерода, при одинаковых показателях, сила выброса больше чем у других газов. Если говорить проще о цепных реакциях, то если один единственный нейтрон в цепной ядерной реакции приводит к ядерному взрыву, то один свободный радикал в цепной химической реакции приводит к землетрясению.
С учётом вышеизложенного рассмотрим схему образования очага землетрясения и Внезапного выброса. При формировании горного массива, газы земной атмосферы, газы химических реакций в горном массиве, углеводородные газы, вулканические и другие газы, под действием высокой температуры и горного давления адсорбировались, абсорбировались и хемосорбировались в породы горного массива, заполняя не только межпоровое, но и межмолекулярное пространство породы, образуя с ней химические связи. Горное давление продолжало сдавливать электронные оболочки атомов, которые уменьшались в размере пропорционально сжатию. Так как процесс обжатия электронных оболочек пород происходил без разрушения, то есть являлся упругим, то вся энергия сжатия породы перешла в потенциальную энергию электронных оболочек, создав высокоэнергичные зоны будущих очагов землетрясения и Внезапных выбросов. Теперь в этой зоне в случае инициирования процесса резким изменением горного давления начнётся цепная химическая реакции образования свободных радикалов и произойдёт взрыв. Именно этот процесс происходит при землетрясениях и Внезапных выбросах. Инициирование может произойти в нескольких зонах горного массива, разнесённых по времени и мощности (форшоки и афтершоки). При этом, форшоки могут служить инициаторами главного взрыва, а главный взрыв, в свою очередь, может служить инициатором афтершоков, так как каждый толчок землетрясения резко меняет деформационные нагрузки в горном массиве и инициирует появление лавины свободных радикалов. Далее, в какой-то момент прохождения цепной химической реакции образования свободных радикалов, по разным причинам, происходит разрушение активного центра цепной реакции и цепь обрывается. В свете изложенной теории происхождения землетрясений, отвечаю на выше поставленные три вопроса: 1. Почему техногенные землетрясения прекращаются при полном наполнении водохранилища? Можно констатировать, что после заполнения водой водохранилища, в горном массиве под ним устанавливается равновесие деформационных сил и, следовательно, исчезает инициирующий фактор цепной реакции в горном массиве. 2. Почему происходят морозобойные землетрясения? Причина землетрясений одна для всех типов подземных толчков - резкое изменение деформационных нагрузок в массиве. Дело в том, что при резком замерзании обводнённого грунта происходит его расширение. Вследствие расширения, давление замёрзшего слоя грунта на подстилающие породы многократно возрастает. Затем, достигнув предела допустимых нагрузок, замороженный грунт растрескивается и вследствие этого подстилающие его породы резко разгружаются, возникает цепная реакция и Деформационный взрыв. 3. Почему происходят Вулканические землетрясения? При нагревании пород лавой происходит растрескивание массива и движение его отдельных блоков и, следовательно, резкое изменение деформационных нагрузок в слагающих его породах.
Исходя из изложенного у нас появляется возможность сделать первые очевидные прогнозы, которые в некоторых случаях уже подтверждены историческим опытом: - в случае глобального потепления и поднятия уровня мирового океана и морей, следует ожидать увеличение количества крупных и мелких землетрясений в океанах, морях и прибрежных районах. Второй прогноз - землетрясения, связанные с поднятием уровня океана, будут происходить до тер пор, пока уровень океана не стабилизируется. Но, в таком случае правы ли окажутся те учёные, которые обосновывают теорию происхождения землетрясений от действия приливов и отливов? Нет, не правы, так как за многие миллионы лет земная кора адаптировалась к воздействию на неё приливных сил и резких деформаций тектонических плит не происходит. Третий прогноз - в случаи резкого изменения приливных сил вследствие каких-то астрономических причин (к примеру сближение и пересечение орбиты Земли крупным астероидом), по земле прокатится волна землетрясений. Так как мы лишены возможности визуально наблюдать за очагами землетрясений, то подтвердить теорию Деформационного взрыва горного массива можно только косвенными фактами. Например, [16], при Крымском землетрясении 1927 года его очаг располагался в море и рыбаки, находящиеся в это момент в эпицентре, отметили вскипание моря и шум от выводящего из воды газа. Это указывает на то, что при землетрясении происходит резкая десорбция горного массива за счёт цепной реакции. Такая же картина происходит при Внезапных выбросах, что указывает на идентичность этих двух явлений и, следовательно, мы можем рассматривать их как идентичные природные явления, а опыт и статистику исследований Внезапного выброса применить к землетрясениям. К примеру, исследования Внезапных выбросов подтверждает их строгую зональность в зависимости от нахождения в горном массиве локальных областей с повышенным содержанием сорбированных газов, количество которых в свою очередь зависит от горно-геологических факторов (степень метаморфизма горного массива, сорбционная способность пород, пористость и газопроницаемость, глубина залегания, гидрогеология и некоторые другие величины). Всё это хорошо согласуется с экспериментальными данными приведёнными в работах [12,13,14], в которых экспериментально показана наличие в массиве зон способных к выбросам.
Зная причину возникновения Деформационного взрыва пород, мы можем найти способы его инициирования. К примеру, Деформационный взрыв можно инициировать ударной волной сотрясательного взрыва. Это подтверждается статистикой Внезапных выбросов, произошедших после сотрясательного взрывания в шахтах и землетрясениями, случившимися после испытания ядерных зарядов. Проводя сотрясательные взрывания можно снимать деформационные нагрузки в угрожаемых местах и тем самым предотвращать мощные землетрясения. К сотрясательному взрыву можно приравнять резкую нагрузку в какой-нибудь точке земной коры: например, падение на землю небесного тела. Из этого можно сделать четвёртый точный прогноз - после падения на землю крупного небесного тела обязательно возникнет рой землетрясений. Вполне возможны и другие способы инициирования Деформационного взрыва, к примеру резонансом массива. Наряду с этим возможны и способы предотвращения Деформационных взрывов. Зная законы, по которым развиваются химические цепные реакции, у сейсмологов появляется хороший шанс обуздать подземную стихию. Например, из кинематики цепных химических реакций нам известно, что некоторые примеси химическиъ веществ даже в самых малых концентрациях могут оказать огромное влияние на скорость цепной реакции: в одном случае разогнать реакцию до взрыва, в другом, перевести её в режим вялого течения, а в третьем случае сделать её невозможной. Так, одним из перспективных способов предотвращения Внезапных выбросов и землетрясений может быть закачка в скважины растворов веществ, замедляющих или полностью исключающих образование свободных радикалов или такие вещества, которые способны разрушить активные центры цепной реакции по аналогии с примером, приведённым в работе [22, Гл.5], где ничтожная примесь NaCl оказывает угнетающие действие на протекание цепных окислительных реакций углеводородов. Основываясь на подобии цепных реакций и практических результатах, приведённых в указанной работе можно констатировать, что скорость протекания цепной реакции образования свободных радикалов пропорциональна квадрату концентрации метана. Значит, понижая концентрацию в массиве метана можно предотвратить землетрясение, что хорошо согласуется с опытом предотвращения Внезапных выбросов на шахтах путём дегазации опасных зон. Это легко объяснимо - чем меньше в горном массиве метана, тем меньше свободных радикалов, тем меньше активных центров образования реакций. В указанной выше работе сделано ещё одно важное заключение о том, что активные центры цепной реакции образуются на стенках экспериментальных сосудов. Вывод сделан на основании того, что при увеличении поверхности сосуда повышалась скорость реакции вследствие сокращения периода индукции взрыва. Из этого вывода становится понятно почему природные землетрясения и Внезапные выбросы происходят в зонах разломов, нарушений, в пористых, трещиноватых и перемятых породах - в этих зонах, по сравнению с монолитными горными породами, увеличена поверхность *горного сосуда*, а значит возможно образование множества активных центров цепной реакции и, следовательно, многократно увеличена вероятность взрыва пород. Если вернуться к сотрясательному взрыванию, то исследователи отмечают необъяснимый факт разброса временных задержек выбросов после сотрясательных взрывов от долей секунд, до нескольких минут, часов и даже суток. В свете изложенной теории Деформационного взрыва это становится легко объяснимым - всё дело в периоде индукции взрыва, который напрямую зависит от размеров зоны выброса, её геологии, концентрации в ней метана и кислорода, и других факторов. Что касается геологических характеристик горного массива способного к Деформационному взрыву, то следует отметить, что все породы способные сорбировать в себя газы, могут представлять из себя потенциальные очаги Деформационного взрыва. Как показывает практика, все представленные в земной коре породы в процессе метаморфизма могут стать абсорбентами газов. К примеру, базальты, обладающие высокой крепостью и плотностью и, казалось бы, неспособные служить адсорбентом, в процессе метаморфизма становятся идеальными очагами землетрясения. Результаты бурения [18] сверхглубокой Тюменской скважины полностью подтверждают этот вывод. С глубины 6424 метра скважина вскрыла толщу базальтов, которые в отличии от аналогичных по возрасту и составу пород, оказались сверх пористыми и превратились в идеальные адсорбенты. И ещё один не маловажный факт, отмеченный при бурении сверхглубоких скважин - с увеличением глубины бурения происходит повышение концентрации газа метана. Подобные результаты были получены при бурении сверхглубоких скважин по всему миру. Следует также отметить факт, что поднимаемые с большой глубины керны рассыпаются от активного выделения газа, так как не выдерживают резкой смены давлений. Вынуть прочный кусок керна удаётся только при очень медленном подъеме бурового снаряда, когда керн успевал релаксировать [19]. Можно представить, что произойдёт, если керн мгновенно поднять из скважины - он взорвётся, а взрыв будет носить явно выраженный Деформационный характер.
Вывод:
Землетрясения и Внезапные выбросы пород и газов, это результат действия Деформационных взрывов пород горного массива в момент резкого перераспределения горного давления в земной коре, в результате чего в горном массиве возникает цепная химическая реакция образования свободных радикалов сорбированных породой газов и свободных радикалов кислорода, приводящая к разрушению межмолекулярных и межатомных связей в породах горного массива, высвобождению энергии упругих деформаций и возникновению ударной волны. На основании данной теории возможно разработать как надёжные способы прогноза, так и надёжные способы предотвращения землетрясений и Внезапных выбросов и тем самым предотвратить их катастрофические последствия.
Литература:
1. Ohnaka,M. (2013). The Physics of Rock Failure and Earthquakes. Cambridge University Press. p. 148. ISBN 9781107355330.
2. Reid, H.F., The Mechanics of the Earthquake, The California Earthquake of April 18, 1906, Report of the State Investigation Commission, Vol.2, Carnegie Institution of Washington, Washington, D.C. 1910.
3. Reid H.F. The elastik-rebound theory of earthquakes // Bull. Departament Geology. Univ. Calif. Publ. 1911, vol. 6, N 19, р. 413-444
4. Эйби Дж. А. Землетрясения. - М.: Недра, 1982.
5. Никонов А.А. Морозобойные сотрясения как особый класс сейсмических явлений (по материалам восточно-европейской платформы) 2010г. Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва. http://naukarus.com/morozoboynye-sotryaseniya-kak-osobyy-klass-seysmicheskih-yavleniy-po-materialam-vostochno-evropeyskoy-platformy
6. Петросян А.Э., Иванов Б.М., Крупеня В.Г. Теория внезапных выбросов. - М. Наука, 1983. - 152 с.
7. J.C. Jaeger, N.G.W. Cook Fundamentals of Rock Mechanics, Chapman and Hall, London (1971)
8. Gas and gas-dynamic phenomena in coal and evaporates by A.J.Hargraves Coalbed Methane Symposium, November 1992.
9. Бобин,В.А. Роль сорбированного метана в инициировании процесса разрушения газонасыщенного угольного вещества / В. А. Бобин // Горн. информ.-аналит. бюл. - 1997. - ? 6. - С. 96-99.
10. Е. А. Колесниченко, И. Е. Колесниченко. Формирование физико-химической структуры угольного вещества с аномальными свойствами в очагах внезапных выбросов угля и газа Горн. информ.-аналит. бюл. - 2000. - ? 5. - С. 199-200
11. Е. А. Колесниченко, В. Б. Артемьев, И. Е. Колесниченко. Внезапные выбросы метана: теоретические основы. Т. 9. Рудничная аэрология, кн. 6 - Москва. Горн. дело, 2013 (Библиотека горного инженера) с. 224-231
12. Колесниченко Е.А. Способы защиты рабочих от внезапных выбросов угля и метана. Журнал Горная промышленность, 2001, ? 2.
13. Колесниченко Е.А. Генетическая теория формирования и прогнозирования выбросоопасных зон в угольных пластах. - Уголь. 2000. ? 9. - С. 51 - 53.
14. Колесниченко Е.А. Геологические условия формирования выбросоопасной зоны в угольных пластах и основные принципы предотвращения внезапных выбросов. - Горная промышленность, 2000, ? 1. - С. 18 - 21.
15. М. А. Кожушнер. "Холодный взрыв". "Квант". ?2. 1983. с 20
16. Двойченко П. А. Черноморское землетрясение 1927 года в Крыму. Черноморские землетрясения 1927 года и судьбы Крыма. - Симферополь: Крымгосиздат, 1928. - С. 77-99.
17. Frohlich C, DeShon H, Stump B, Hayward C, Hornbach M, Walter J.
A Historical Review of Indused Earthquakes in Texas. Seismological Research letters, 2016-05-18
18. Глубокое и сверхглубокое научное бурение на континентах (Попов В.С. Кременецкий А.А., Науки о Земле ?11 1999г. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/885.html
19. Яницкий И. Н. Живая Земля. Состав и свойства вещества в недрах Земли. М. РИЦ ВИМС, 2005 г. ISBN 5-901837-12-6.
20. Gufeld I.L., Matveeva M.I., Novoselov O.N. WHY WE CANNOT PREDICT STRONG EARTHQUAKES IN THE EARTH"S CRUST. Geodynamics & Tectonophysics . 2011
21. Клюкин Г.К. Журнал Вестник Кузбасского государственного технического университета ? 6 / 2009
22. Семёнов И.П. Цепные реакции. М.: Наука, 1986. Глава 5