آنالیز روند گسیختگی سطحی زمین لرزه های شدید بر اساس آزمایش های سانتریفیوژ

Analysis of the surface rupture process of strong earthquakes based on centrifuge tests

چکیده

1. مقدمه

2. تجهیزات و روش آزمایش

2.1. مقدمه ای بر سانتریفیوژ و چیدمان ابزار

2.2. روش آزمایش سانتریفیوژ

3. طراحی مدل و آماده سازی خاک

4. تکامل تغییر شکل و خرابی لایه سنگین بار ناشی از گسلش

4.1. استقرار سیستم مختصات مدل خاک

4.2. تکمیل تغییر شکل و خرابی خاک

5. تحلیل خصوصیات تغییر شکل خاک و گسلش

5.1. خصوصیات تغییر شکل سطح

5.2. مشخصات انتشاری نوک لغزش فوقانی صفحه گسل

5.3. خصوصیات تغییر ناحیه برشی

6. نتیجه گیری

چکیده

گسیختگی های سطحی ناشی از زمین لرزه های شدید، یکی از مهمترین مباحث برای پروژه های سازه است. در این مقاله، آزمایش های مدل سانتریفیوژ ژئوتکنیک انجام می شوند تا به صورت موفقیت آمیزی فرایند گسل معکوس را شبیه سازی کنند. با استفاده از یک حسگر جابجایی لیزر خطی (LLDS) و روش سرعت سنجی تصویر ذره (PIV)، فرایند تغییر شکل سطح و رفتارهای گسلش در ماسه خشک و مرطوب با ضخامت 40 میلی لیتر دربالای سطح یک سنگ بستر مورد مطالعه قرار می گیرند. براساس یک تحلیل از داده های نظارت سطحی با دقت بالا، فرایند گسیختگی خاک به چهار مرحله تقسیم می شود: دوره برآمدگی کلی، دوره تغییر شکل انحراف، دوره رشد دیواره، و کند شدن تغییر شکل و دوره تاخیر. علاوه بر این، ویژگی های تغییر شکل خاک و رفتار انتشاری نوک لغزشی گسل فوقانی بدست می آیند. این آزمایش و دستاوردهای مرتبط می تواند منابعی برای درک بیشتر تغییر شکل لایه های ضخیم خاک ناشی از گسلش معکوس ارائه کنند. 

1. مقدمه

فعالیت نو زمین ساختی در چین، شدید است و زمین لرزه های شدید می تواند این سطح را از هم بگسلد؛ علاوه بر این، زمانی که گسل های فعال به شدت توزیع می یابند، پروژه های مختلف مهندسی خطی از راه دور در حال ساخت در سراسر گسل ها هستند [1]. حرکت در امتداد یک گسل مرتبط با یک زمین لرزه شدید می تواند این سطح را بگسلد و تغییر شکل دهد، و باعث آسیب بزرگ به سازه ها (مانند ساختمان های رو سطح)، خطوط لوله زیر زمینی و تونل ها شود و تهدید جدی برای اموال و زندگی افراد باشد [2]. بعنوان مثال، زمین لرزه چی-چی به بزرگی 7.6 ریشتر در سال 1999 و زمین لرزه ونچوآن به بزرگی 8.0 ریشتر در سال 2008 باعث ایجاد گسیختگی های وسیع سطح شدند، و پِی های زیاد سد، پل های جاده ای و خطوط لوله زیرزمینی آسیب دیدند [3].

6. نتیجه گیری

در این مقاله، تغییر شکل خاک در 40 متری یک گسل معکوس توسط یک آزمون مدل سانتریفیوژ در 100 g شبیه سازی می شود، و مشخصات تغییر شکل ماسه خشک و مرطوب از یک گسل بستر سنگ با یک زاویه شیب 60 درجه بدست می آید. این نتایج می توانند منابعی را برای درک بیشتر مکانیسم خرابی خاک پوشیده شده یک گسل معکوس پنهان ارائه کنند. نتایج تحقیقاتی اصلی زیر ترسیم می شوند.

(1) در ابتدا، این سطح یک مرحله کلی بالابری است، و یک اسکارپ (پرتگاه) به ندرت قابل مشاهده است. در این لحظه، خاک شامل سه ناحیه مشخص است: ناحیه بالابری دیواره معلق، ناحیه ساکن فرو دیواره و ناحیه برشی میانی. این سطح زمانی شروع به تغییر شکل می کند که میزان آفست تحمیلی تقریبا 2.2% ضخامت خاک در نظر گرفته می شود. 

Abstract

Surface ruptures caused by strong earthquakes are one of the most concerning issues for construction projects. In this paper, geotechnical centrifuge model tests is performed to successfully simulate the reverse faulting process. Using a linear laser displacement sensor (LLDS) and the particle image velocimetry (PIV) technique, the surface deformation process and faulting behaviours are studied in dry and wet sand with a thickness of 40 m above a bedrock surface. Based on an analysis of high-precision surface monitoring data, the soil rupture process is divided into four stages: the overall uplift period, inclination deformation period, scarp growth period, and deformation slowdown and lag period. In addition, the characteristics of the soil deformation and the propagation behaviour of the upper fault tip are obtained. This experiment and related achievements can provide references for further understanding the deformation of thick soil layers caused by reverse faulting.

1. Introduction

The neotectonic activity in China is strong, and strong earthquakes can rupture the surface; moreover, as active faults are widely distributed, various long-distance linear engineering projects are being constructed across faults [1]. Movement along a fault associated with a strong earthquake can rupture and deform the surface, causing great damage to structures (such as buildings on the surface), underground pipelines and tunnels and seriously threatening people’s lives and property [2]. As examples, the magnitude 7.6 Chi-Chi earthquake in 1999 and the magnitude 8.0 Wenchuan earthquake in 2008 caused large-scale surface ruptures, and numerous dam foundations, road bridges and underground pipelines were damaged [3].

6. Conclusion

In this paper, the deformation of soil within 40 m of a reverse fault is simulated by a centrifuge model test at 100g, and the deformation characteristics of dry and wet sand resulting from a bedrock fault with a dip angle of 60 are obtained. The results can provide references for further understanding the failure mechanism of soil overlying a concealed reverse fault. The following main research conclusions are drawn.

(1) At the beginning, the surface is in an overall uplift stage, and a scarcely obvious scarp is observed. At this moment, the soil comprises three distinct zones: the hanging wall uplift zone, foot wall quiescent zone and intermediate shear zone. The surface begins to deform when the amount of imposed offset accounts for approximately 2.2% of the thickness of the soil.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آنالیز روند گسیختگی سطحی زمین لرزه های شدید بر اساس آزمایش های سانتریفیوژ

Analysis of the surface rupture process of strong earthquakes based on centrifuge tests

هندسه پیچیدگی و جنبش گسل های فرعی در سطح شیبدار منطقه کربنات

Complex geometry and kinematics of subsidiary faults within a carbonate-hosted relay ramp

چکیده
1- مقدمه
2- موقعیت زمین شناسی
3- روشها
3-1 بدست آوردن تصاویر مجازی
3-2 نقشه گسل های کوچک در نمایش مجازی
3-2 تحلیل شیب گسل
4- نتایج
4-1 هندسه گسل های کوچک
4-2 جنبش گسل های کوچک
5- بحث
5-1 هندسه گسل های کوچک
5-2 جنبش و دینامیک گسل های کوچک
6- نتیجه گیری

چکیده

هندسه و جنبش گسل های کوچک ارتباط تنگاتنگی با پراکندگی در میدان فشار دارد که زمانی می تواند تولید شود که دو بخش از گسل اصلی با هم همپوشانی داشته باشند. در این تحقیق، چار چوب کلاسیک و تفسیر نمایش مجازی با هم ادغام شده اند تا هندسه و جنبش گسل های کوچک در سطح شیبدار در امتداد گسل طبیعی تری مونت در منطقه سنترال آپنین مورد بررسی قرار بگیرد. اگر چه شکاف های گسل تری مونتی به موازات گسترش منطقه ای(NE-SW) قرار گرفته اند و جنبش قابل توجهی در شیب های تند نشان داده اند، اما نشان دهنده گسترش در جهتNW-SE هستند که در معیار منطقه ای کوچک عمل می کنند (1تا 10 کیلومتر). بر عکس، شیب های تند گردآوری شده در بخش جلویی سطوح شیبدار مقاوم دلالت بر جنبش جانبی – راست دارد. گسل های کوچک در سطوح شیبدار مقاوم نشان دهنده هندسه پیچیده هستند (رفتار متغیر) و سطوح دارای سیب یکنواخت دلالت بر جنبش های متعدد دارند (جانبی – چپ، نیمه شیبدار، جانبی – راست) که مستقل از جهت گیری ها هستند. تحلیل شیب گسل دلالت بر این دارد که میدان فشار منطقه ای حاصل از وارونگی جنبشی در شیب های یکنواخت گردآوری شده بر قسمت جلو ایجاد می شود و احتمالا بر اثر برخورد بین بخش های گسل همپوش افزایش می یابد و منطقه مقاوم را محدود می کند. این ویژگی می تواند بخش عمده ای از هندسه و جنبش گسل های کوچک را تشریح کند. پیچیدگی بیشتر از واکنش با میدان های فشار منطقه ای و نیمه منطقه ای حاصل می شود.

1- مقدمه

سطوح شیبدار مقاوم باعث انتقال جابجایی در بین دو بخش گسل همپوش می شوند و در حالت های ساختاری بسط یافته رایج هستند (برای نمونه، لارسن 1988 – پیکاک و ساندرسون 1991 -1994). این سطوح در واکنش به واکنش مکانیکی بین گسل های همپوش شکل می گیرند و باعث ایجاد شیب در بستر، تولید خسارات سنگین و در نهایت ارتباط بین بخش های گسل می شوند (پیکاک و ساندرسون 1994 – فوسن و راتوان 2016 و منابع مرتبط با آنها). سطوح شیبدار مقاوم (و واکنش های آنها در مجموع باعث خسارت در منطقه می شوند) (پیکاک و همکاران 2017) با توجه به خسارت های سنگین تر و از طریق گسل های کوچک و شکاف های دارای جهت گیری گسترده در مقایسه با بخش های گسل مجزا توصیف می شوند (کاتنهورن و همکاران 2000 – پیکاک و همکاران 2000- پیکاک و پاتریفی 2002 – فاسن و همکاران 2012 – لانگ و ایمبر 2012). خسارت سنگین و پیچیدگی ساختاری در منطقه واکنش گسل ها می توانند عواقب مهمی بر جریان مایع داشته باشند و منجر به افزایش نفوذ پذیری (برای نمونه، برکویتز 1995) و انتقال چند جهتی مایعاتی چون هیدروکربن ها، دی اکسید کربن ، آب های زیر زمینی و مایعات هیدرو حرارتی شوند (سیبسون 1996، کرویتز و کارسون 1997، راولند و سیبسون 2004، راتوان و همکاران 2009، داکریل و شیپنون 2010، فوسن و روتوان 2016). چون حدود نیمی از مخازن هیدرو کربن داخل کربنات نگه داشته می شوند، سطوح شیبدار کربناتی نشانگر یک مطالعه موردی جالب هستند.

6- نتیجه گیری

با استفاده از فناوری های نمایش مجازی، به بررسی هندسه گسل ها و انرژی جنبشی در یک سطح شیبدار کربناتی پرداختیم. نقشه ساختاری و برش مقطعی در این تحقیق بازسازی شده اند (معیار 1:2000 و 1:1000)که امکان توصیف تابع هندسه گسل را فراهم می آورند. بزرگترین گسل های تابع نشان دهنده جهت گیری موازی یا بخش های گسل اصلی است که در گسل های کوچکتر با طول جغرافیایی مختلف مشاهده شده اند و معمولا در راستای گسل اصلی به صورت عمود هستند. همچنین، در گسل ها دامنه وسیعی از انرژی جنبشی مشاهده می شود (سمت چپ – جانبی، سرازیری – شیبدار، سمت راست – جانبی) که این انرژی ها مستقل از جهت گیری ها هستند. بر اساس تحلیل شیب گسل و با در نظر گرفتن هندسه گسل و انرژی جنبشی، می توان بیان کرد کرد هندسه پیچیده و انرژی جنبشی می توانند با گسترش پراکندگی فشار در منطقه تقویت شده تشریح شوند که از واکنش بخش های همپوشانی حاصل می شوند. پیچیدگیهای هندسی و جنبشی بیشتر می توانند به دلیل موقعیت منطقه فشار در ارتباط با شیب گسل تری مونتی یا گسترش فعال منطقه بیان شود. نتایج بدست آمده بیانگر این است که هندسه و جنبش گسل های کوچک در منطقه تقویت شده بستگی به واکنش های منطقه فشار معیارهای مختلف دارد.

Abstract

Minor fault geometry and kinematics within relay ramps is strongly related to the stress field perturbations that can be produced when two major fault segments overlap and interact. Here we integrate classical fieldwork and interpretation of a virtual outcrop to investigate the geometry and kinematics of subsidiary faults within a relay ramp along the Tre Monti normal fault in the Central Apennines. Although the Tre Monti fault strikes parallel to the regional extension (NE-SW) it shows predominant dip-slip kinematics, suggesting a NW-SE oriented extension acting at sub-regional scale (1–10 km). Conversely, the slickenlines collected on the front segment of the relay ramp highlight right-lateral kinematics. The subsidiary faults in the relay ramp show a complex geometry (variable attitudes) and slickenlines describe multiple kinematics (left-lateral, dip-slip, right-lateral), independently of their orientation. Our fault slip analysis indicates that a local stress field retrieved from the kinematic inversion of the slickenlines collected on the front segment, and likely promoted by the interaction between the overlapping fault segments that bound the relay zone, can explain most of the geometry and kinematics of the subsidiary faults. Further complexity is added by the temporal interaction with both the regional and sub-regional stress fields.

1- Introduction

Relay ramps transfer displacement between two overlapping fault segments and are common in extensional tectonic regimes (e.g., Larsen, 1988; Peacock and Sanderson, 1991, 1994). They form in response to the mechanical interaction between the overlapping faults causing the tilting of beds, producing strong damage and, eventually, the linkage between the fault segments (Peacock and Sanderson, 1994; Fossen and Rotevatn, 2016 and references therein). Relay ramps (and interaction damage zones in general; e.g., Peacock et al., 2017) are characterized by stronger damage and by subsidiary faults and fractures having a wider range of orientations than isolated fault segments (Kattenhorn et al., 2000; Peacock et al., 2000; Peacock and Parfitt, 2002; Fossen et al., 2005; Çiftci and Bozkurt, 2007; Bastesen and Rotevatn, 2012; Long and Imber, 2012). The strong damage and the structural complexity in zones of fault interaction can have important consequences on fluid flow, leading to enhanced permeability (e.g., Berkowitz, 1995) and to a multi-directional migration of fluids, including hydrocarbons, CO2, ground water, and hydrothermal fluids (Sibson, 1996; Curewitz and Karson, 1997; Rowland and Sibson, 2004; Rotevatn et al., 2009; Dockrill and Shipton, 2010; Fossen and Rotevatn, 2016). Since about the half of the current hydrocarbon reserves are held within carbonates, carbonate-hosted relay ramps represent a very interesting case study.

6- Conclusions

Using fieldwork and virtual outcrop technologies, we investigated the subsidiary faults geometry and kinematics within a carbonatehosted relay ramp. The structural map and cross section reconstructed in our study (scale 1: 2,000 and 1:1,000 respectively) allow for a detailed characterization of the subsidiary fault geometry. The largest subsidiary faults show an orientation that is sub-parallel to the main fault segments accompanied by smaller faults with different attitudes and often striking orthogonally to the main fault. Faults also show a wide range of kinematics (left-lateral, dip-slip, right-lateral) independently of their orientation. Based on fault slip analysis, accounting for both fault geometry and kinematics, we suggest that the complex minor fault geometry and kinematics can be mostly explained by the development of a stress perturbation within the relay zone, resulting from the interaction of the overlapping segments. Further geometrical and kinematic complexity may be interpreted as due to the temporary superposition of either the stress field associated with the slip of the entire Tre Monti Fault or the regional active extension. Our results highlight that the geometry and kinematics of minor faults within relay zones are dependent on stress field interactions across the scales.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

هندسه پیچیدگی و جنبش گسل های فرعی در سطح شیبدار منطقه کربنات

Complex geometry and kinematics of subsidiary faults within a carbonate-hosted relay ramp

تاثیر آماده سازی نمونه بر نشانه های ریزساختاری گسلش در گوژ گسل دارای خاک رس

Effects of sample preparation on the microstructural signatures of faulting in clay-bearing fault gouge

چکیده
1- مقدمه
2- نیروهای بین دانه ای (بین ذرات) همراه با آب زدایی: زمینه نظری
3- روشها
3-1- جایگزین سازی اتانول
3-2- روش خشکاندن انجمادی الکل بوتیل تی برای مشاهدات میکروسوپ الکترونی پویشی
3-3- اثرات روشهای «خشکاندن انجمادی الکل بوتیل تی و خشک کردن توسط هوا» بر روی نمونه های اسمکتیت خالص
4- گسل ایتوزاوا
5- نتایج و بحث
6- خلاصه و نتیجه گیری ها
منابع

چکیده

گوژ گسل غنی از خاک رس، در مناطق لغزش اصلی گسل ها، آب فراوانی را در حفره ها و در بین لایه های میانی (لایه بین دو لایه) خاک رس ذخیره میکنند. در طی آماده سازی برش های نازک و تراشه های سنگ برای مشاهدات ریزساختاری، نمونه های گوژ گسل معمولاً در یک تنور و یا در دمای هوای اتاق توسط هوا خشک می شوند. با اینحال در طی فرآیند خشک کردن، بقایای مایع آب بین دانه های گوژ، یک نیروی کشش سطحی (نیروی پل مایع) ایجاد میکند که ساختار دانه به دانه را نوآرایی میکند و احتمالاً منجر به اختلال در فابریک اولیه می گردد. ما برای مطالعه حاضر نمونه های گوژ را از گسل ایتوزاوا واقع در شمال شرقی ژاپن آماده کرده ایم؛ این نمونه گیری با استفاده از روش «خشکاندن انجمادی الکل بوتیل تی» انجام شد که «اختلال در فابریک تحریک شده با خشکاندن» را کاهش میدهد. ما سپس ریزساختار نمونه های خود را با ریزساختار نمونه های آماده شده با روش متعارف «خشک کردن در هوا» مقایسه کردیم. موارد روبرو در نمونه های خشک شده انجمادی حفظ می شود: یک صفحه گسل صاف، نانوذرات تعیین شده بصورت واضح، و شاخص های شاهد ساختاری توسعه یافته (همچون خطوط گسل و صفحات برشی ریدل ). برعکس، نمونه های خشک شده با هوا در حین خشک شدن دچار انقباض (افت حجمی) شدند و این انقباض سبب تغییر دادن شکل هندسه صفحه گسل شد. این نمونه های خشک شده با هوا فقدات نانوذرات بودند و فقط یک فابریک برشی ضعیف را نشان می دادند. ما نتیجه گیری کردیم که مشاهدات ریزساختاری بر روی نمونه های آماده شده با روش خشکاندن انجمادی الکل بوتیل تی در مقایسه با روش متعارف خشکاندن با هوا، میتواند شواهد بیشتری را برای بازیابی اطلاعات گسل حفظ کند، که عبارتند از: جنبش شناسی، پایداری لغزش، و مکانیزم تضعیف پویای یک گسل.

6- خلاصه و نتیجه گیری ها

ما از آزمایشات SEM نمونه های گوژ گسل غنی از خاک رس و غنی از آب از گسل ایتوزاوا در شمال شرقی ژاپن استفاده کردیم تا تأثیرات دو روش مختلف آب زدایی نمونه ها (خشک کردن توسط هوا و خشکاندن انجمادی الکل بوتیل تی) بر روی میکرو فابریک ها (فابریک های ریز) را مقایسه کنیم. ما می توانیم نتیجه گیری های زیر را استنباط کنیم. (1) نمونه های گوژ خشک شده توسط هوا، صفحات گسل تحریف شده (تغییر شکل یافته) و زبر را حفظ میکنند که فقط دارای خطوط گسل ضعیفی هستند و هیچ شاخص یا نانو ذرات شاهد ساختاری واضحی ندارند. ما نتیجه گیری می کنیم که علائم ریزساختاری گسلش در اثر تراکم ذرات در حین «فرآیند خشک کردن توسط هوا» مختل شدند. (2) نمونه های آماده شده با استفاده از روش خشکاندن انجمادی الکل بوتیل تی بر خلاف نمونه های خشک شده توسط هوا، علائم گسلش زیرساختاری همچون «یک صفحه گسل هموار برای میزبانی نانو ذرات، خطوط گسل، و صفحات برشی ریدل» را حفظ می کنند.

Abstract

Clay-rich fault gouge in the principal slip zones of faults stores abundant water within pores and between clay interlayers. During the preparation of thin-sections and rock chips for microstructural observations, fault-gouge samples are commonly air-dried at room temperature or in an oven. However, during the drying process, remnant liquid water between gouge grains produces an inter-particle adhesion force (liquid-bridge force), which rearranges the grain-to-grain structure, likely resulting in a disturbance of the original fabric. For this study, we prepared gouge samples from the Itozawa fault, northeastern Japan, using a t-butyl alcohol freeze-drying method that mitigates drying-induced fabric disturbance. We then compared the microstructure of our samples with those prepared using the conventional air-drying method. The freeze-dried samples preserve a smooth fault plane, clearly defined nanoparticles, and well-developed shear-sense indicators, including slickenlines and Riedel shear planes. In contrast, the air-dried samples underwent shrinkage during drying, which distorted the geometry of the fault plane. These air-dried samples lack nanoparticles and display only a weak shear fabric. We conclude that microstructural observations on samples prepared using the t-butyl alcohol freeze-drying method, compared with conventional air-drying, could preserve more evidence for the retrieval of fault information, including the kinematics, slip stability, and dynamic weakening mechanism of a fault.

6- Summary and conclusions

We used SEM examinations of clay- and water-rich fault-gouge samples from the Itozawa fault in northeastern Japan to compare the effects of two different sample dehydration methods (air-drying and tbutyl alcohol freeze-drying) on microfabrics. We are able to draw the following conclusions. (1) Air-dried gouge samples preserve distorted and rough fault planes with only weak slickenlines and no clear shear-sense indicators or nanoparticles. We conclude that the microstructural signatures of faulting were disturbed as a result of particle aggregation during air-drying. (2) In contrast to the air-dried samples, samples prepared using the tbutyl alcohol freeze-drying method preserved microstructural faulting signatures, such as a smooth fault plane hosting nanoparticles, slickenlines, and Riedel shear planes.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر آماده سازی نمونه بر نشانه های ریزساختاری گسلش در گوژ گسل دارای خاک رس

Effects of sample preparation on the microstructural signatures of faulting in clay-bearing fault gouge

پویایی ساحلی صخره های مرجانی نزدیک به ساحل پلیستوسن پشته و ظهور در باله (شرق ساحلی عمان، خلیج عمان)

Coastal dynamics of uplifted and emerged late Pleistocene near-shore coral patch reefs at fins (eastern coastal Oman, Gulf of Oman)

1- مقدمه
2- ناحیه ی مطالعه و تنظیمات زمین شناسی
3- روش ها
4- نتایج
5- تفسیر اطلاعات
6- خلاصه / جمع بندی

1- مقدمه
تپه های دریایی ارزیابی شده نزدیک به فینز ( شکل 1A) اخیرا به صورت دقیق بررسی نشده است . آن ها به عنوان بخشی از چهار قسمت از واحد های سنگ آهک قدیمی با نام Qmy نقشه برداری شده اند ( شکل 1B) که به سمت اقیانوس ادامه پیدا می کنند که صخره ای را در این قسمت ایجاد کرده است. ( شکل 1B). توصیف های جغرافیایی مرتبط با این واحد بسیار خلاصه می باشد. تمام چیزی که توسط وینز و همکارانش بیان شده است که این واحد های Qmy متشکل از قسمت های تقسیم شونده ی زیستی و همچنین سنگ آهک های دریایی می باشند. قسمت دوم شامل جلبک های آهکی و مرجانی می باشد و روی آن ها یک لایه کنگلومرات قرار گرفته است. این کنگلومرات ها توسط ال حدابی در دوره ی مطالعه ی صخره های ساحلی در نواحی فینز / تیوی بررسی شده است. تنها اخیرا، این صخره های دریایی در قسمت های آهکی به صورت دقیق توسط ال شوکالی توصیف شده است. نتایج او و دیگر داده ها ، سوژه ی این مقاله می باشند. مونوگراف های این مرجان های دریایی و تپه های مرجانی در خلیج عمان توسط کلیربودت ، گرایش های بسیار مهمی را در توصیف این تپه های دریایی و تقسیم بندی تپه های مرجانی ایجاد کرده است.
بر اساس وینز و همکارانش، واحد های Qmy یک مسیر دریایی با ارتفاع افزایش یافته ی 10 تا 20 متر ایجاد کرده است. آن ها ردیف از صخره ها را به رسوب های دریایی نسبت می دهند که در ارتفاع 12 تا 15 متر نزدیک به راس الجیبش ایجاد شده است ( شکل 1A) در شرق صحرای وحیبا قرار گرفته است که با استفاده از روش 14C به صورت سال پیش و بر اساس پوسته های حلزونی نیز توسط گاردنر و همکارانش ، با سن تقریبی قبل از میلاد تخمین زده شده است. علاوه بر این، وینز و همکارانش هم این واحد های Qmy را به رسوب های چاه گمانه ای از موتراه نزدیک مسقط نسبت می دهند. این هسته ، یک سطح مرتفع نسبت به دریا متعلق به قبل از میلاد را نشان میدهند. بر اساس این تخمین های زمانی به دست آمده، وینز و همکارانش یک سن ویچسلی را برای این رسوب های دریایی در نظر گرفته اند. بر اساس این روش ویچسلی ، آخرین دوره ی یخبندان از یخبندان در عهد چهارم زمین شناسی را برای این رسوب های دریایی در نظر می گیرد که در این زمان سطح جهانی دریا ها نزدیک به 120m بود ( بر اساس بیشتر تخمین های موجود ) که در سال قبل از میلاد، این سطح از امروز کمتر بوده است.
بالا آمدن این ردیف های چهارگانه ی دریایی بالاتر از سطح دریا در قسمت های تیوی / فینز به حدود 190m می رسد. قسمت شمالی عمان نیز دارای یک سیستم گسل فعال ی باشد که مطابق با این افزایش ارتفاع می باشد. این موضوع که صفحه ی عربی در قسمت شمالی زیر صفحه ی اوراسیا قرار دارد ( قسمت ایرانی) ، ممکن است یک برآمدگی رو به جلو ایجاد شود که منطقه های فینز / تیوی در همان قسمت قرار دارد و همین برآمدگی ممکن است مسئول همین افزایش ارتفاع باشد. برای اطلاعات بیشتر در رابطه با زمین شناسی این ردیف سنگ های دریایی در قسمت فینز و تیوی، شما می توانید به مطالعه های منطقه ای انجام شده توسط کوسکی و همکارانش، هافمن و همکارانش و یوان و همکارانش مراجعه کنید.

به دلیل این که هیچ گونه جزییاتی در رابطه با تپه های دریایی واحد های Qmy وجود ندارد، ما قصد داریم تا با توصیف اطلاعات شکلی و زمین شناسی دو تپه کوچک، سهمی در این قضیه داشته باشیم ( شکل 1) و بتوانیم گونه های مرجانی را مشخص کرده و شکل و علت رشد آن ها را دریابیم. این موضوع بر خلاف پیش زمینه ی افزایش توسعه های ساختمانی رخ می دهد که بر روی ردیف های دریایی نواحی تیوی/ فینز تاثیر دارد زیرا آن ها نشان دهنده ی جستجو بعد از مکان های ساخت و ساز با ملاحظه ی خاص از نزدیکی نسبت به اجتماع رو به افزایش فینز ( شکل 1 ) می باشد. این ابعاد می توانند به سرعت منجر به از بین رفتن این تپه های دریایی شوند. ازین رو، باید ویژگی های این تپه های دریایی قبل از این که این تپه ها از بین بروند را به خوبی مورد مطالعه قرار داده و آن ها را مستند کرد. به دلیل این که این تپه های دریایی بر روی یک ردیف دریایی هستند، باید مقدار ارتفاع دقیق آن ها که آن را ما مشخص کرده ایم، معلوم شود.

1- Introduction

The investigated reefs near Fins (Fig. 1A) have previously not been studied in detail. They have been mapped as part of the Quaternary, “subrecent” marine limestone unit “Qmy” (Fig. 1B) that extends to the ocean (Fig. 1B) where it forms a cliff. The related geological description of this unit is very brief. All that is mentioned by (Wyns et al., 1992a) is that the “Qmy unit” comprises bioclastic as well as reefal limestone. The latter contains corals and calcareous algae and is overlain by a marine conglomerate (Wyns et al., 1992a). The conglomerate has been analyzed by Al Haddabi (2015) in the course of a beachrock study of the Fins/Tiwi area. Only recently, the reefs of the reefal limestone have been described in detail by Al Shukaili (2015). Her results and other data are the subject of this article. The monograph on “Reef corals and coral reefs of the Gulf of Oman” by Claereboudt (2006) provided significant orientation in describing the reefs and in classifying the corals.

According to Wyns et al. (1992a), the “Qmy unit” forms a marine terrace at an elevation between 10 and 20 m. They correlated this terrace with marine deposits occurring at an elevation of 12e15 m close to Ras al Jibsh (Fig. 1A), east of the Wahiba Sands, which have been dated by the 14C method as 21,280 ± 280 yr B.P and 31,110 ± 530 yr B.P. on mollusk shells by Gardner (1988). Moreover, Wyns et al. (1992a) also correlate the “Qmy unit” with deposits of a drillhole core from Muttrah near Muscat. This core revealed a high sea-level at 31,890 ± 765 yr B.P. (Hannss, 1991, in Wyns et al., 1992a). Based on these ages, Wyns et al. (1992a) assigned a Weichselian age to these marine deposits. The Weichselian designates the last glacial period of the Pleistocene glaciation, when the global sea-level was 120 m (±20 m, according to most estimates) lower than today, approximately 21,000 yr B.P. (Pirazzoli and Pluet, 1991; see also Siddall et al., 2003).

Uplift of Quaternary marine terraces above sea-level may measure 190 m in the Tiwi/Fins area (Kusky et al., 2005). Northern Oman has active fault systems that accommodate uplift (Kusky et al., 2005). The fact that the Arabian Plate underrides Eurasia in the north (Iranian sector) may create a forebulge where the Fins/ Tiwi area is located and bulging may be responsible for the uplift (Kusky et al., 2005). For more details on the geology of the marine terraces of the Fins/Tiwi area the reader is referred to the regional studies of Kusky et al. (2005), Hoffmann et al. (2013) and Yuan et al. (2016).

Since there are no details on the reefs of the “Qmy unit” available, we intend to contribute to their understanding by a geomorphological characterization of two small reefs (Fig. 1), determination of the coral species, the description of their growth forms and ecology. This takes place against the backdrop of increasing building development which is affecting the marine terraces of the Fins/Tiwi area as they represent sought after building sites with special consideration of the proximity of the rapidly expanding community of Fins (Fig. 1). These aspects could very soon lead to the disappearance of the reefs. Thus, there is some urgency to document the above mentioned reef features before the reefs will be lost. Since the reefs are situated on a marine terrace it is of interest to know their exact elevation which we determined..

مدل سازی مولکولی انتقال Co2 در مونت موریلونیت؛ انتشار و جذب

Molecular modeling on transportation of CO2 in montmorillonite: Diffusion and permeation

چکیده

1- مقدمه

2- روش ها

2-1- جنبه های نظری

2-2- جزئیات شبیه سازی دینامیک

3- نتایج و بحث

3-1- SDC

3-2- MDC و FDC

3-3- قابلیت نفوذ

4- نتیجه گیری

چکیده

ذخیره‌سازی Co2 در سفره‌های زیر زمینی آب شور برای کاهش انتشار Co2 در اتمسفر موثر است که در آن پخش و نفوذ گاز یا مایع در کانی رسی، نقش کلیدی در نشت Co2 و مهاجرت زیرزمینی دارد. قابلیت نفوذ CO2 و قابلیت پخش سیالات مختلف در کانی رسی (مونت‌موریلونیت، Mt) با روش دینامیک مولکولی (MD) مورد بررسی قرار می‌گیرد. قابلیت خود پخشی هر دو ترکیب CO2 و H2O همراه با غلظت و دمای آب افزایش می‌یابد، اما بیشینه غلظت CO2 را به صورت نامتعارف 2 مولکول/واحد-سلول نشان می‌دهند . حجم آزاد کسری مونت‌موریلونیت همراه با غلظت CO2افزایش می‌یابد، اما اگر این غلظت بیشتر از ۲ باشد، سیر کاهشی پیدا کرده و در نتیجه باعث می‌شود قابلیت خود پخشی CO2 فراتر از حد غیرمعمول تغییر کند. یافته‌ها نشان می‌دهد که توزیع جابجایی مولکول‌های CO2 براساس توزیع عادی لگاریتمی مشخص می‌شود. مقدار میانگین این‌نوع توزیع، بیشتر مؤید وابستگی قابلیت خود پخشی در غلظت CO2 است. قابلیت‌های پخش مکسول-استفان (M-S) و فیک (Fick) رابطه مثبتی با غلظت و دمای CO2 دارد . قابلیت نفوذ CO2 برای اولین بار با روش دینامیک مولکولی محاسبه می‌شود؛ بدین صورت که قابلیت نفوذ CO2 همراه با فشار CO2 و غلظت H2O افزایش می‌یابد، اما به علت حلالیت پایین CO2 در دمای بالا، نقطه گردش را در دمای ۳۶۰ کلوین نشان می‌دهد.

مقدمه

ذخیره‌سازی CO2 در سفره‌های زیرزمینی آب شور امکان ذخیره‌ CO2 را در مقیاس گسترده و به صورت بلندمدت فراهم می‌کند که به نوبه‌ی خود روشی نویدبخش برای کاهش انتشار گاز CO2 در اتمسفر است. در این فرآیند، کانی‌های رسی مانند ایلیت، کلوریت، کائولینیت و مونت‌موریلونیت (Mt) (ژوزف و همکاران، 2012) عناصر اصلی پوش سنگ‌ها را تشکیل می‌دهند. این کانی‌های رسی به واسطه ساختار متخلل (لایه لایه) شان ظرفیت قابل ملاحظه‌ای در جذب CO2 دارند (فو و همکاران، 1990؛ خسروخاور و همکاران، 2014). از طرفی، قابلیت نفوذ پایین کانی رسی موجب شده است که پوش سنگ‌های رسی، قابلیت آب‌بندی فوق العاده‌ای برای نگهداری CO2 تزریق‌شده از خود نشان ‌دهند (عبدو و احمد، 2010؛ گاوس، 2010؛ گرنوت و همکاران، 2013). نشت گاز و اثرات زیست محیطی آن، مسائل بسیار نگران‌کننده‌ای در ارزیابی‌ خطر ذخیره‌سازی CO2 هستند و رابطه تنگاتنگی نیز با حمل و نقل (پخش و نفوذ) سیال (گاز) در کانی رسی دارند.

نتیجه گیری

پخش و نفوذ CO2 در مونت‌موریلونیت تحت شرایط متخلف با روش دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی حاکی از آن است که با این‌که حجم و دمای آب هر دو رابطه مثبتی با ضریب خودپخشی سیالات دارند، ضرایب خودپخشی CO2 و H2O یک نقطه اوج را به همراه افزایش غلظت CO2 به نمایش می‌گذارند. برای تشریح هر چه بیشتر یافته‌های غیرمعمول ضریب خودپخشی، FFV مونت‌موریلونیت و توزیع جابه‌جایی CO2 مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج این تحلیل نشان داد که FFV تأثیر مهمی بر پخش مولکول‌های گاز در مونت‌موریلونیت دارد. افزایش غلظت CO2 باعث می‌شود مونت موریلونیت انبساط یابد، FFV داخلی مونت موریلونیت افزایش پیدا کند و فضای بیشتری برای پخش در اختیار مولکول‌های گاز قرار گیرد. این قضیه، علت افزایش اولیه ضریب خودپخشی سیالات در مونت موریلونیت را تبیین می‌کند. FFV با رسیدن غلظت CO2 به بالای 2 مولکول/سلول واحد کاهش می‌یابد که باعث می‌شود پخش گاز به تعویق بیفتد و در نتیجه ضریب خودپخشی کاهش پیدا کند. بدین ترتیب، افزایش حجم آب نیز باعث انبساط مونت‌موریلونیت می‌شود و فضای آزاد بیشتری برای غلظت CO2 ایجاد می‌کند که افزایش ضریب خودپخشی را در پی دارد. از این رو می‌توان چنین استنباط کرد که ضریب خودپخشی سیال در مونت‌موریلونیت به FFV مونت‌موریلونیت بستگی دارد. علاوه بر این، توزیع جابه‌جایی CO2 از توزیع لگاریتمی عادی پیروی می‌کند و میانگین توزیع نیز روندی همانند روند ضریب خودپخشی را نشان می‌دهد که از یک منظر دیگر، توصیف مناسبی درباره اثرات غلظت CO2، رطوبت و دما در ضریب خودپخشی ارائه می‌دهد.

Abstract

CO2 storage in underground saline aquifers is helpful to reduce CO2 emission in the atmosphere, where gas/fluid diffusion and permeation in clay mineral plays a key role in CO2 leakage and underground migration. CO2 Permeability and different fluid diffusivities in clay mineral (montmorillonite, Mt) interlayers are investigated by molecular dynamics (MD). Both CO2 and H2O self-diffusivities increase with water concentration and temperature but show a maximum at the CO2 concentration of 2 molecule/unit-cell unconventionally. The fractional free volume of Mt increases with CO2 concentration but begins to decrease if CO2 concentration exceeds 2, thus giving the reason for the above unusual CO2 self-diffusivity variation. Displacement distribution of CO2 molecules is found to be characterized by logarithmic normal distribution. The mean value of such distribution further supports the self-diffusivity dependence on CO2 concentration. M-S and Fick diffusivities of CO2 are positively related to CO2, H2O concentration and temperature. CO2 permeability is calculated by MD for the first time, which increases with CO2 pressure and H2O concentration but exhibits a turning point at temperature 360 K due to low CO2 solubility at high temperature.

Introduction

CO2 storage in underground saline aquifers provides long-term and large-scale storage of CO2, which is a promising way to reduce CO2 emission in the atmosphere. In this process, clay minerals, such as illite, chlorite, kaolinite, and montmorillonite (Mt) (Josh et al., 2012), are the main components of caprocks. Owing to their porous (layered) structure, the clay minerals have remarkable capacity of adsorbing CO2 (Fu et al., 1990; Khosrokhavar et al., 2014). On the other hand, clay mineral has a low permeability and therefore the clay-enriched caprocks show excellent sealing ability to retain injected CO2 (Abdou and Ahmaed, 2010; Gaus, 2010; Gernot et al., 2013). Gas leakage and environmental impacts are the most concerned problems for risk assessments of CO2 storage, which are closely related to fluid (gas) transportation (diffusion and permeation) in clay mineral.

Conclusions

CO2 diffusion and permeation in Mt under varying conditions is investigated by MD. The results show that while both water content and temperature are positively correlated to the SDC, the SDCs of CO2 and H2O display a peak with the increase of CO2 concentration. To explain the unusual findings of the SDC further, FFV within Mt and the displacement distribution of CO2 is analyzed. It is found that FFV has an important effect on the diffusion of gas molecules in Mt. The increase of CO2 concentration causes the Mt to expand, increasing the internal FFV of Mt and providing gas molecules with more space for diffusion. This explains the initial increase of the fluid SDC in Mt. FFV begins to decrease when the CO2 concentration rises above 2 molecules/unit cell, which hinders the gas diffusion and therefore leads to decreasing SDC. Similarly, the increase of water content also causes the Mt to expand and creates more free space for CO2 diffusion, resulting in increasing CO2 SDC. It can be drawn that SDC of the fluid in Mt depends on the FFV of Mt. Furthermore, the displacement distribution of CO2 follows log-normal distribution, and the mean of the distribution shows the same trend as the SDC, which provides a good explanation of the effects of CO2 concentration, moisture and temperature on SDC from another perspective.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدل سازی مولکولی انتقال Co2 در مونت موریلونیت؛ انتشار و جذب

Molecular modeling on transportation of CO2 in montmorillonite: Diffusion and permeation

محاسبه میزان تغییرات مولفه های گرادیان ثقل از روی مشاهدات GRACE و مدل تحلیلی

Computation of the changes in gravitational gradient components from GRACE observations and analytical model

Abstract

In this study the gravitational gradient changes caused by faulting on a finite rectangular plane buried in a homogenous half-space are computed using an analytical model which is a function of fault parameters. The sensitivity analysis of the analytical model with optional parameters revealed that the model is sensitive to the most of the fault parameters such as slip, depth, dip and is not sensitive to the strike. Also the results show that the model is sensitive to the length and the width of the fault. Moreover, the gravitation and gravitational gradient changes for the case of the Maule earthquake on 27 February 2010 are directly computed by GRACE observations without need to fault parameters information. Since the high-frequency contents in gravitational field variation can be amplified by deriving the gravitational gradients, the GRACE-derived coseismic gravitational gradient changes clearly delineate the fault lines and better define the extent of the coseismic deformation.

1 Introduction

Modeling of crustal deformation and exploring the physical impact of this phenomenon is one of the most popular subjects in a ground science particularly in geodesy and geophysics. Numerous studies have been undertaken by many scientists to study co-seismic deformation in a half-space Earth model, a spherical earth model, and even a 3D earth model. For a half-space earth model, Steketee (1958), Maruyama (1964) and Okada (1985), etc. presented analytical expressions for calculating the surface displacement, tilt, and strain resulting from various dislocations. Especially, Okada (1985) summarized previous studies and presented a complete set of analytical formulae for calculating these geodetic deformations. One of the analytical models of computing the gravitational changes due to deformation was presented by Okubo model (Okubo 1991). Okubo (1991) computed gravitational potential changes in a homogenous elastic half space for a point dislocation. He developed his theory to rectangular fault in a half space and computed gravitational potential and gravity changes in the form of fault parameters. Okubo (1992) proposed closed-form expressions to describe potential and gravity changes resulting from dislocations. Because of their mathematical simplicity, these formulations (e.g., Okada 1985; Okubo 1992) have been widely applied to study seismic faults. All of the mathematical models explained above were developed for a deformed earth surface because most traditional gravity measurements are performed on the earth surface. However, advances in modern geodetic techniques, such as GPS, InSAR, altimetry, and GRACE enable better detection of co-seismic deformations such as displacement, gravity change, and strain.

One of the observations resources for comparison to geodynamic models are gravity observations. Earthquake causes redistribution of mass and gravity changes. Some part of this change is due to hydrology and the main part is due to tectonic motion. Changes of gravity field can be detected by observation of the gravity field at different times. Coseismic deformations observed on the Earth surface or modeled by conventional dislocation theory can be compared directly with those observed by gravity satellite missions. Satellite measurements of time-variable gravity field are new data type, capable to modeling and detecting global mass transfers within the Earth. Such a global mass redistribution may lead to significant changes in the Earth’s gravity field that is detectable by gravimetric satellites. However, the regional mass transfer such as localized tectonic processes due to earthquake and volcano, can have an indicative influence on gravity fields that may be sensed by GRACE (Ogawa and Heki 2007; Han et al. 2010, 2013; Heki and Matsuo 2010; Linage et al. 2009).

In this study the analytical model of Okubo (1992) is used which computes the gravity changes due to a dislocation on a rectangular fault plane within an elastic, isotropic and homogenous half-space. The formulation of that model is expanded to compute the gravitational gradient changes due to a fault in an elastic and homogenous half space. Also a sensitivity analysis is applied to analytical model to show that the model is sensitive to the fault parameters and is comparable with observations. Moreover, we infer the full gravitational gradient tensor from the GRACE Stokes coefficients by taking the second derivatives of the gravitational potential in a given orthogonal coordinate system without any required information about fault parameters, and apply these quantities to compare with analytical model and discuss the coseismic deformation resulting from the Maule Chilean undersea earthquakes. With the emphasis on the high-frequency components resulting from the second derivatives of the potential, the coseismic gravitational gradient changes delineate more clearly the rupture line, and reveal refined mass redistribution features caused by the earthquakes. In addition, some of the gradient components, which are inherently less vulnerable to GRACE stripe errors, help to refine the edges of the mass anomaly.

طبقه بندی سيستم های مينرالی، نماهای كلی حاشيه های تكتونيكی صفحه ای و مثال هايی از كانسارهای مرتبط با حاشيه های همگرا

A classification of mineral systems, overviews of plate tectonic margins and examples of ore deposits associated with convergent margins

چكيده
1- مقدمه
2- سيستم هاي مينرالي
3- طبقه بندي سيستم ها و مدل هاي مينرالي
4- حاشيه هاي صفحه اي
4-1 حاشیه های ورقه همگرا
4-2 حاشیه های ورقه واگرا
4-3 موقعیت تغییر و گسل های لغزش امتدادی

چکیده
در اين مقاله، تعاريف سيستم هاي مينرالي و طبقه بندي پيشنهادي را از كانسارها ارائه مي كنم. نويسندگان گوناگون به مفهوم سيستم هاي مينرالي در چهارچوب مدل هاي ژنتيكي به منظور بهبود هدف قرار دادن كانسارهاي جديد در نواحي ميدان سبز پرداخته اند. سيستم مينرالي بايد بر حسب الگوها يا روندهاي بزرگ و فضا ـ زمان كاني سازي در مقياس منطقه اي، كنترل هاي تكتونيكي شان و كمربندهاي فلززايي وابسته در نظر گرفته شود. اين به طبقه بندي پيشنهادي از سيستم هاي مينرالي با خلاصه اي از ايده هاي قبلي درباره آن چه كه بي شك نوعي «ميدان مين» است منجر مي شود، زيرا اگر طبقه بندي بر اساس فرايندهاي ژنتيكي باشد اين ها به خاطر اين واقعيت كه پيدايش كانسنگ معمولا شامل تعدادي فرايندهاي بر هم كنشي است مي توانند پيچيده باشند. طبقه بندي ارائه شده بر اساس فرايندهاي ماگمايي، ماگمايي ـ هيدروترمال، رسوبي ـ هيدروترمال و مكانيكي ـ برجا مي باشد. نماي كلي تكنونيك صفحه اي (حاشيه هاي همگرا و واگرا) بعدا بحث مي شود. مشخصه بارز حاشيه هاي صفحه اي همگرا صفحه تكتونيكي فررونده زير صفحه كم تراكم است. حاشيه هاي صفحه اي همگرا ترانشه عميق زمين سوي، كمپلكس فرورانش ـ افزايش، قوس ماگمايي و كمربند رانش ناحيه پيشاني را دارند. ويژگي مهم زاويه فرورانش است: زاويه شيب دار نزولي كه نمونه اي از آن Mariana يا سيستم هاي فرورانش Tonga-Kermadec هدايت كننده به سمت سيستم هاي اپي ترمال پورفيري ـ سولفيداسيون بالا مي باشد، در حالي كه در ريفت درون قوسي سيستم هاي داراي مراكز گسترش به توليد كانسارهاي سولفيد توده اي با ميل تركيبي كوركو هدايت مي كنند. زون فرورانش كم عمق تر قلمروي كانسارهاي اپي ترمال و Cu-Mo پورفيري عظيم است. پيامدهاي اين تفاوت به لحاظ فلززايي فوق العاده مهم است. قاره ـ قاره، قوس ـ قاره، قوس ـ قوس، ادغام ريزقاره هاي انحرافي، و رخدادهاي برخورد اقيانوسي عامل مهمي در آپ ليفت، شروع كمربندهاي چين و رانش، و متامورفيسم P بالا در نظر گرفته مي شوند. مثال ها كمربند كوه زايي تشكيل شده با بسته شدن حوضه هاي اقيانوسي Tetys و كمربند كوه زايي عظيم آسياي مركزي (CAOB)، كلاژ افزايشي غول پيكري از قوس هاي جزيره اي و تكه هاي قاره اي، است. انسداد حوضه هاي اقيانوسي و افزايش ساختارهاي ژئولوژيكي غير بومي به قرارگيري افيوليت ها با فرايند فرارانش منجر مي شوند. صفحات واگرا شامل ريج هاي ميان اقيانوسي، حاشيه هاي نافعال و فرم هاي گوناگون ريفت هاي قاره اي هستند. در مراكز گسترش ميان اقيانوسي، حفره هاي ماگما درست زير مركز گسترش هستند. هنگامي كه پوسته اقيانوسي از ريج دور مي شود، آن يا در زون فرورانش مصرف مي شود يا به حاشيه هاي قاره اي يا قوس هاي جزيره اي اضافه مي گردد. مراكز گسترش هم چنين در حوضه هاي حاشيه اي قوس پشتي تشكيل مي شوند. تنظيمات تراگذر شامل تراكششي با مؤلفه كشش به خاطر واگرايي مورب، تراگذر يا امتداد ـ لغزش و ترافشاري با مؤلفه فشار به خاطر همگرايي اريب هستند. گسل هاي امتدادلغزي كه در طول فرايندهاي كششي تشكيل مي شوند، به حوضه هاي كششي منجر مي گردند. سيستم هاي مينرالي كه در حاشيه هاي همگرا تشكيل مي شوند، به اختصار در جدول هاي 1 الي 7 به صورت زير معرفي مي گردند: ويژگي هاي ژئولوژيكي اصلي سيستم هاي مينرالي منتخب در حاشيه هاي صفحه اي همگرا و قوس هاي پشتي (جدول 1)، معيارهاي شناسايي آن ها (جدول 2)، ويژگي هاي ژئولوژيكي اصلي كانساهاي منتخب حوضه هاي قوس پشتي و ريفت هاي پس فرورانش (جدول 3) و كانسارهاي منتخب قوس هاي ماگمايي مربوط به فرورانش (جدول 4)، معيارهاي شناسايي آن ها (جدول 5)؛ تكتونيك افزايشي و برخوردي و سيستم هاي مينرالي وابسته (جدول 6)؛ ويژگي هاي ژئولوژيكي اصلي و سيستم هاي مينرالي وابسته ي گسل هاي تراگذر (جدول 7)..
1- مقدمه
در اين مقاله نخست سعي دارم مفهوم سيستم مينرالي را تعريف كرده و سپس يك طبقه بندي را از سيستم هاي مينرالي ارائه كرده و بعد بررسي خواهم كرد كه در شرايط فعلي چه چيزي عموما براي حاشيه هاي صفحه اي همگرا، تبديل و واگرا درك مي شود. بعد از اين، نماي كلي نسبتا سيستماتيكي را از كانسارهايي كه با حاشيه هاي صفحه اي همگرا ارتباط دارند يا با آن ها تشكيل مي شوند ارائه خواهم نمود. اين نماي كلي به صورت يك سري جدول ارائه مي شود كه در اين جدول ها مشخصات ژئولوژيكي اصلي براي ذخاير مينرالي مورد بحث فراهم مي شوند. در صورت لزوم، اين جدول ها با جدولي كه بعضي از ملاك هاي مهم شناسايي (الگوهاي مينرالوژيكي، ژئوشيميايي، دگرساني و غيره) را ارائه مي كند، تكميل مي شوند.

Abstract

In this contribution I presents definitions of mineral systems, followed by a proposed classification of mineral deposits. The concept of mineral systems has been tackled by various authors within the framework of genetic models with the aim of improving the targeting of new deposits in green field areas. A mineral system has to be considered taking into account, by and large, space-time patterns or trends of mineralisation at the regional scale, their tectonic controls and related metallogenic belts. This leads to a suggested classification of mineral systems, together with a summary of previous ideas on what is, without doubt, a kind of “mine field”, because if a classification is based on genetic processes, these can be extremely complex due to the fact that ore genesis usually involves a number of interactive processes. The classification presented is based on magmatic, magmatic-hydrothermal, sedimentary-hydrothermal, non-magmatic, and mechanical-residual processes. An overview of plate tectonics (convergent and divergent margins) is discussed next. Convergent plate margins are characterised by a tectonic plate subducting beneath a lower density plate. Convergent plate margins have landward of a deep trench, a subduction–accretion complex, a magmatic arc and a foreland thrust belt. An important feature is the subduction angle: a steep angle of descent, is exemplified by the Mariana, or Tonga–Kermadec subduction systems, conducive to porphyry-high-sulphidation epithermal systems, whereas in an intra-arc rift systems with spreading centres is conducive to the generation of massive sulphide deposits of kuroko affinity. A shallower subduction zone is the domain of large porphyry Cu–Mo and epithermal deposits. The implications of this difference in terms of metallogenesis are extremely important. Continent–continent, arc–continent, arc–arc, amalgamation of drifting microcontinents, and oceanic collision events are considered to be a major factor in uplift, the inception of fold-and-thrust belts and high P metamorphism. Examples are the Alpine–Himalayan orogenic belt formed by the closure of the Tethys oceanic basins and the great Central Asian Orogenic Belt (CAOB), a giant accretionary collage of island arcs and continental fragments. The closing of oceanic basins, and the accretion of allochthonous terranes, result in the emplacement of ophiolites by the obduction process. Divergent plates include mid-ocean ridges, passive margins and various forms of continental rifting. At mid-ocean spreading centres, magma chambers are just below the spreading centre. Once the oceanic crust moves away from the ridge it is either consumed in a subduction zone, or it may be accreted to continental margins, or island arcs. Spreading centres also form in back arc marginal basins. Transform settings include transtensional with a component of tension due to oblique divergence, transform or strike–slip sensu stricto and transpressive with a component of compression due to oblique convergence. Strike–slip faults that form during extensional processes lead to the formation of pull-apart basins. Mineral systems that form at convergent margins, the topic of this special issue, are succinctly introduced in Table 1, Table 2, Table 3, Table 4, Table 5, Table 6, Table 7, as follows: principal geological features of selected mineral systems at convergent plate margins and back-arcs (Table 1); their recognition criteria (Table 2); principal geological features of selected ore deposits of back-arc basins and post-subduction rifting (Table 3) and of subduction-related magmatic arcs (Table 4), their respective recognition criteria (Table 5); accretionary and collisional tectonics and associated mineral systems (Table 6); principal geological features and associated mineral systems of transform faults (Table 7)..

1- Introduction

In this contribution, I will firstly attempt to define the concept of a mineral system then I suggest a classification of mineral systems, following which I will look at what is generally understood in the present context for convergent, transform and divergent plate margins; followed in turn by a rather systematised succinct overview of ore deposits that are formed or are associated with convergent plate margins. This overview is presented as a series of tables, in which the principal geological characteristics for the mineral deposit(s) in question are provided. Where applicable, these tables are complemented by a table giving some of the key recognition criteria (mineralogical, geochemical, alteration patterns, etc.)..

طبقه بندی سيستم های مينرالی، نماهای كلی حاشيه های تكتونيكی صفحه ای و مثال هايی از كانسارهای مرتبط با حاشيه های همگرا

A classification of mineral systems, overviews of plate tectonic margins and examples of ore deposits associated with convergent margins

ارزیابی فرسایش و زبری سطح جنگل های زمین توربی با استفاده از اندازه گیری خارسنج و اسکن لیزری زمینی

Evaluation of erosion and surface roughness in peatland forest ditches using pin meter measurements and terrestrial laser scanning

Abstract

Anthropogenic activities on peatlands, such as drainage, can increase sediment transport and deposition downstream resulting in harmful ecological impacts. The objective of this study was to quantify changes in erosion/deposition quantities and surface roughness in peatland forest ditches by measuring changes in ditch cross-sections and surface microtopography with two alternative methods: manual pin meter and terrestrial laser scanning (TSL). The methods were applied to a peat ditch and a ditch with a thin peat layer overlaying erosion sensitive mineral soil within a period of two years following ditch cleaning. The results showed that erosion was greater in the ditch with exposed mineral soil than in the peat ditch. The two methods revealed rather similar estimates of erosion and deposition for the ditch with the thin peat layer where cross-sectional changes were large, whereas the results for smaller scale erosion and deposition at the peat ditch differed. The TLS-based erosion and deposition quantities depended on the size of the sampling window used in the estimations. Surface roughness was smaller when calculated from the pin meter data than from the TLS data. Both methods indicated that roughness increased in the banks of the ditch with a thin peat layer. TLS data showed increased roughness also in the peat ditch. The increase in surface roughness was attributed to erosion and growth of vegetation. Both methods were suitable for the measurements of surface roughness and microtopography at the ditch crosssection scale, but the applicability, rigour, and ease of acquisition of TLS data were more evident. The main disadvantage of the TLS instrument (Leica ScanStation 2) compared with pin meter was that even a shallow layer of humic (dark brown) water prevented detection of the ditch bed. The geomorphological potential of the methods was shown to be limited to detection of surface elevation changes >~0.1 m.

1 Introduction

Boreal peatlands cover 80% of the world’s peatland area (Wieder et al., 2006). In regions with abundant peatland cover, such as Finland, Sweden, and Russia, peatlands are widely used for forestry (Paavilainen and Päivänen, 1995). In Finland, more than 50% of the 9 Mha of peatlands have been drained with open ditches (Finnish Forest Research Institute, 2014), with the peak years of drainage occurring in the 1960s and 1970s. At present, pristine peatlands are not drained for forestry, but the focus has shifted to the maintenance of existing ditch networks. The maintenance includes the cleaning of old ditches and, to some extent, excavation of new complementary ditches in the drainage area. Despite its importance in forest growth, cleaning of the ditch network has adverse effects on surface waters due to increased sediment loads that lead to reduced water quality (Joensuu et al., 2002; Marttila and Kløve, 2010a, 2010b; Nieminen et al., 2010), and to the disturbance of aquatic habitats and biota (Bilotta and Brazier, 2008). Thus, water protection methods have been developed and they are operationally applied to reduce the harmful impacts of ditch cleaning (Marttila et al., 2010). However, their implementation requires a better understanding of erosion processes in the source areas. Stenberg et al. (2015a, 2015b) raised the importance of assessing and quantifying the processes at the headwater source areas as the eroded soil available for transport within the ditch network is large compared with the observed sediment load at the drainage network outlet. In peatlands, ditch erosion processes differ according to, for instance, variations in peat and underlying mineral soil type. Examples of easily erodible underlying soils in areas of thin peat layer are: silt, sand, and other Quaternary deposits. To advance the studies of erosion processes a reliable method for detecting small changes in ditch topography needs to be developed. Erosion can be measured from changes in topographical reliefs with erosion pins (Lawler, 1993), pin meter (Kornecki et al., 2008), photogrammetry (Rieke-Zapp and Nearing, 2005), and terrestrial (Day et al., 2013) or airborne (Thoma et al., 2005) laser scanning. Laser scanning produces large sets of point cloud data without disturbing the observed area, as it is based on the travel times of laser pulses from the scanner to the surface elements. The accuracy and spatial density of the points depend on the distance of the scanned target. Thus, terrestrial laser scanning (TLS) is preferred for high-resolution and more accurate data acquisition whereas airborne laser scanning (ALS) is suitable for scanning larger areas, e.g. in forestry (Næsset et al., 2004). TLS has been widely used to assess the topography and erosion of various land surfaces (Resop and Hession, 2010; Day et al., 2013; Vinci et al., 2015) and for determining geometric data of hydraulic models (Milan, 2009) and parameters of vegetated channels, such as blockage factor (Jalonen et al., 2014). Although there are uncertainties caused by factors such as sunlight, rainfall or fog (Reshetyuk, 2006) and wet surfaces (Day et al., 2013) when applying TLS, it is regarded as being superior to the other methods since it quickly and accurately covers large areas without disturbing the surface. There are only a few studies where TLS has been used to assess the topography of peatlands. Grayson et al. (2012) produced TLS-based estimates of blanket bog erosion in an area of 7.6 ha during one winter season in the North Pennines, UK, and achieved different results with TLS and erosion pin measurements: a net increase of 2.5 mm in peat surface height was measured with TLS, while a net surface lowering of 38 mm was measured with erosion pins. They suggested that both results should be treated with caution. Ballhorn et al. (2009) used ALS to determine burn scar depths over large areas (27 900 km2 ) of Indonesian peatlands and considered laser scanning capable of providing sufficiently accurate results in the inaccessible peatland terrain. In the current study, TLS was preferred to ALS for the detection of ditch topography because of better resolution and accuracy. However, it is not well known how TLS performs in ditches or channels excavated into peat where dark colour and wet surfaces adsorb light and may affect the accuracy of the measurement. Therefore, it remains to be demonstrated in what way TLS can estimate erosion after the cleaning of forest ditches. Surface roughness is another important environmental parameter to consider. It affects channel flow hydraulics by changing flow velocity and turbulence. Increased roughness slows down the flow velocity, thus also affecting erosion and sediment transport capacity. Characterization of surface roughness has been successfully conducted in many studies with TLS (Haubrock et al., 2009; Brasington et al., 2012; Rychkov et al., 2012; Mills and Fotopoulos, 2013) and pin meter (Gilley and Kottwitz, 1995; García Moreno et al., 2008a). Random roughness is a measure of the spatial variation in surface heights calculated from soil microtopography and is typically used as an index for surface roughness (Cremers et al., 1996). Before ditch cleaning, surface roughness in ditches is high after decades of degradation processes, such as the collapse of ditch banks and vegetation growth. After cleaning, the surface of the ditch is assumed to be rather smooth. Thereafter, erosion and deposition processes change surface roughness conditions and can notably affect the hydraulic properties of the ditch. However, surface roughness and its changes have not been documented after the cleaning of ditches with varying peat thickness. The main objective of this study is to quantify changes in topography and surface roughness in newly cleaned peatland forest ditches. Based on these changes, the aim is to subsequently illustrate the ways in which erosion and deposition processes occur in a ditch with a thick peat cover, and in another where erosion sensitive mineral soil (stony till) under the thin peat layer is exposed. To assess the reliability of the results a secondary aim is to compare the results of two different methods used to measure surface topography: the pin meter and TLS. These methods have rarely been compared, especially in peatland dominated catchments. The methods are used to quantify both small-scale spatial distribution and aggregated cross-sectional quantity of erosion, deposition, and surface roughness. The geomorphological potential of the methods is assessed by evaluating the statistically significant changes obtained with the pin meter and the TLS data following the method presented by Lane et al. (2003). The elevation changes in the excavated part of the ditch are assumed to represent the occurrence of erosion and deposition. In addition, the effect of vegetation growth on the estimated erosion/deposition quantities in the ditches is discussed. Since the environmental impacts of ditch cleaning are most visible soon after excavation, we determine the changes occurring during the first two years after the operation.

اندازه گیری منحنی عملکرد آسفالتین در یک پلتفرم میکروسیالی

Asphaltenes yield curve measurements on a microfluidic platform

چکیده

مقدمه

روش‌ها و مواد

مجموعه نمونه

تراشه‌های میکروسیالی

سیستم کامل

روش

نتایج و بحث

به دست آوردن منحنی عملکرد از داده‌های خام

مقایسه روش‌های سنتی و میکروسیالی

مجموعه داده‌های عملکرد نمونه

اثر رقت بی‌نهایت

جمع‌بندی

در این مقاله، یک دستگاه و روش میکروسیالی برای اندازه‌گیری عملکرد آسفالتین روی نمونه‌های نفت خام توصیف می‌شود. اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی نوری با یک پلتفرم میکروسیالی نگهداری سیال ترکیب شده است تا یک دستگاه میکروسیالی خودکار برای اندازه‌گیری عملکرد آسفالتین ایجاد شود. اندازه‌گیری‌های میکروسیالی همخوانی خوبی با اندازه‌گیری‌های شیمیایی مرطوب متعارف و نیز مدل‌های موجود نشان می‌دهند. جذب اولیه نفت اندازه‌گیری می‌شود و آسفالتین با افزودن تدریجی n-آلکان از نفت حذف می‌گردد که منجر به لخته‌سازی  و فیلتراسیون متعاقب می‌شود. سپس، جذب نفت فاقد آسفالتین (مالتن ) اندازه‌گیری می‌شود و مقدار آسفالتین اولیه توسط تغییر در مقدار جذب تعیین می‌گردد. انحلال‌پذیری آسفالتین با تغییر نسبت تیترکننده -به-نفت (یعنی n-هپتان به نفت) موردبررسی قرار می‌گیرد، که بسته به نسبت انتخابی، منجر به عدم رسوب، جزئی، یا رسوب کامل آسفالتین می‌شود. جذب تراویده  اندازه‌گیری می‌شود و به حداکثر مقدار برای تعیین کسر رسوب در هر نسبت نرمال می‌شود. معمولاً منحنی عملکرد شامل 20 مورد از چنین نسبت‌هایی است که به هفته‌ها تا ماه‌ها وقت نیاز دارد، و بیش از 6 لیتر حلال و بیش از 100 گرم نمونه نفت خام مصرف می‌کند. با استفاده از رویکرد میکروسیالی شرح داده شده در اینجا، همین اندازه‌گیری را می‌توان در یک روز با 0.5 لیتر حلال و 10 گرم نمونه نفت خام انجام داد. کاهش قابل‌توجه زمان و مواد مصرفی باعث می‌شود که تکرار اندازه‌گیری عملکرد آسفالتین تا حد زیادی افزایش یابد و اثرات زیست‌محیطی آن به‌طور قابل‌توجهی کاهش پیدا کند.

مقدمه

رسوب آسفالتین مانع اصلی تولید، حمل‌ونقل و فرآوری سیالات مخزن است. رسوب غیرمنتظره و بالقوه آسفالتین می‌تواند باعث آسیب رساندن به مخازن، انسداد چاه و خطوط جریان، و همچنین مسائل مربوط به جرم‌گرفتگی و چالش‌های فرآوری برای تأسیسات سطحی شود [1]. بااین‌حال، مکانیزم‌های اثر تجمع و رسوب به طور کامل ثابت نشده است [1،2] و تنها چند مدل پیش‌بینی در دسترس است [3]. آسفالتین یک مؤلفه جزئی از نفت خام است که انحلال ضعیفی در n-آلکان‌ها (به عنوان مثال n-هپتان) و انحلال بالایی در حلال‌های آروماتیک (به عنوان مثال تولوئن) دارد [4]. آسفالتین به علت تغییر در ماتریس حلالیت ناشی از تغییر فشار، دما یا ترکیب نفت رسوب می‌کند [5-8]. به عنوان مثال، ترکیب دو نفت ناسازگار ممکن است باعث ایجاد تغییر در ترکیب شود؛ هرچند هر دو نمونه دارای کسرهای مستقل از آسفالتین باشند و در حالت‌های دیگر در محلول پایدار باقی بمانند [9-10]. اطمینان از جریان بهینه نیازمند مطالعات مشخصه یابی دقیق سیال و رفتار فاز آسفالتین برای هر نمونه خام است. اندازه‌گیری‌های کمی که میزان رسوب آسفالتین را در پاسخ به اختلالات مختلف توضیح می‌دهند، به درک رفتار عمومی این انبوهه‌های گوناگون کمک می‌کنند و منجر به کاهش یا جلوگیری از روش‌های جبران پرهزینه برای حذف مواد مشکل‌زا می‌شوند.

جمع‌بندی

در این مطالعه، ما یک دستگاه میکروسیالی برای به دست آوردن منحنی عملکرد برای یک نمونه از نفت خام را معرفی کردیم. این سیستم بر اساس یک روش برای اندازه‌گیری آسفالتین با استفاده از طیف‌سنجی نوری همراه با یک پلت فرم سیال میکروسیالی ساخته شده است. برای ساخت هر منحنی عملکرد، ده‌ها اندازه‌گیری حلالیت آسفالتین در هپتان در یک روز، به‌جای چندین هفته یا ماه همانند روش‌های سنتی، تکمیل می‌شود. سیستم میکروسیالی همچنین ضایعات، نفت و حلال10 برابر کمتری را تولید می‌کند، و برای مطالعات فشرده، سیستم را قابل‌حمل و ارزان‌تر می‌کند. ما نشان دادیم که شروع و حداکثر رسوب را می‌توان از داده‌ها تعیین کرد و مدل‌های راه‌حل منظم را می‌توان برای مدل‌سازی مناسب داده‌ها تنظیم کرد. به طور کلی، چنین سیستم‌های میکروسیالی، اندازه‌گیری‌های سریع، دقیق، قابل تکرار و مقرون به صرفه‌ای را برای تنظیم فرایندها و مدل‌های نفتی امکان‌پذیر می‌سازند.

We describe a microfluidic apparatus and method for performing asphaltene yield measurements on crude oil samples. Optical spectroscopy measurements are combined with a microfluidic fluid handling platform to create an automated microfluidic apparatus to measure the asphaltene yield. The microfluidic measurements show good agreement with conventional wet chemistry measurements as well as available models. The initial absorbance of the oil is measured, and asphaltenes are removed from the oil by the gradual addition of n-alkane, which leads to flocculation and subsequent filtration. The absorbance of the de-asphalted oil (maltenes) is then measured and the initial asphaltene content is determined by the change in absorbance. The solubility of asphaltene is evaluated by varying the titrant-to-oil ratio (e.g., n-heptane– oil), which induces no, partial, or full precipitation of asphaltenes depending on the chosen ratio. The absorbance of the filtrate is measured and normalized to the maximum content to determine the fractional precipitation at each ratio. Traditionally, a yield curve comprised of 20 such ratios would require weeks to months to generate, while consuming over 6 L of solvent and more than 100 g of crude oil sample. Using the microfluidic approach described here, the same measurement can be performed in 1 day, with 0.5 L of solvent and 10 g of crude oil sample. The substantial reduction in time and consumables will enable more frequent asphaltene yield measurements and reduce its environmental impact significantly.

Introduction

Asphaltene precipitation and deposition is a major impediment in production, transportation and processing of reservoir fluids. Unexpected precipitation and the subsequent potential for deposition of asphaltenes can cause reservoir impairment, plugging of wells and flowlines, as well as fouling issues and processing challenges for surface facilities.1 However, the mechanisms of agglomeration and deposition are not fully proven,1,2 with only a few available predictive models.3 Asphaltenes are a sub-component of crude oil that are conventionally defined as being poorly soluble in n-alkanes (e.g. n-heptane), and highly soluble in aromatic solvents (e.g. toluene).4 Asphaltenes precipitate due to a shift in solubility matrix caused by a change in pressure, temperature, or composition of the oil.5–8 For example, simply combining two incompatible oils may initiate precipitation through a change in composition; even though, both stand-alone samples have asphaltene fractions that otherwise remain stable in solution.9,10 Optimal flow assurance requires frequent and accurate fluid characterization and asphaltene phase behavior studies for each crude sample. Quantitative measurements that describe the degree of asphaltene precipitation in response to varying perturbations aid in understanding the general behavior of these diverse aggregates and help mitigate or prevent costly remedial techniques to remove the problematic material.

Conclusions

In this study, we have introduced a microfluidic apparatus for rapidly obtaining the yield curve for a sample of crude oil. The system is built upon a technique for measuring asphaltenes using optical spectroscopy combined with a microfluidic fluid handling platform. To build each yield curve, tens of asphaltene solubility measurements in heptane are completed in one day instead of the several weeks to months required by conventional approaches. The microfluidic system also produced 10-fold less waste, oil and solvent, making the system portable and more cost-effective for such resource intensive studies. We have shown that the precipitation onset and maximum precipitation can be determined from the data and that regular solution models can be tuned to model the data reasonably well. Generally, such microfluidic systems will enable fast, accurate, repeatable and cost-effective solubility measurements for tuning petroleum processes and models.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اندازه گیری منحنی عملکرد آسفالتین در یک پلتفرم میکروسیالی

Asphaltenes yield curve measurements on a microfluidic platform

استفاده از داده های آزمایشگاهی مکانیک سنگ در مدل سازی ژئومکانیکی برای افزایش اطمینان در ذخیره سازی زمین شناسی CO2

Use of rock mechanics laboratory data in geomechanical modelling to increase confidence in CO2 geological storage

چکیده

1. مقدمه

2. مدلهای ژئومکانیکی

3.نتایج اولیه

4.داده های آزمایشگاه مکانیک سنگ

5. توسعه مجدد مدلها و نتایج به روز شده

6. نتیجه گیری

منابع

چکیده

     یکی از چالش های رایجی که در جذب و ذخیره کربن وجود دارد، ارائه شواهدی قانع کننده درباره تمامیت ژئومکانیکی هر یک از مکان های پیشنهادی از نظر ذخیره سازی زمین شناختی است. برخلاف ذخیره سازی در میادین هیدروکربنی تخلیه شده، وجود ذخایر در لایه های آب زیرزمینی شور، حاکی از وجود بسیاری از موارد ناشناخته در این زمینه است؛ زیرا هیچ سابقه ای مبنی بر واکنش فشار اولیه یا خصوصیات صخره ای در آن به چشم نمی خورد. مطالب ارائه شده در این مقاله، به عنوان بخشی از پروژه بررسی ضریب اطمینان در کلیه جنبه های انتخاب سایت و توصیف سایت انجام گرفته است که با افزایش دسترس پذیری داده ها برای لایه های زیرزمینی آب شور قابل انتظار است. در این پژوهش، تمرکز اصلی بر مدل سازی ژئومکانیکی و داده های مکانیک سنگ مورد استفاده برای جمع آوری این مدل ها معطوف شده است. در ابتدا، مدلها از داده های خاص ژئومکانیکی عمومی و پتانسیل شکست برشی سنگ و فعال سازی مجدد سنگ شکسته شده استفاده کرده اند. پس از آن، این مدلها با خصوصیات قابل اندازه گیری مکانیکی سنگ های آزمایشگاهی، به صورت سنگهای واقعی از محل ذخیره سیستم پیشنهادی به روزرسانی گردیدند. نتایج این مدل سازی به صورت حاشیه ای تغییر یافته؛ و در عین حال، هیچ موردی مهمی از بحران پذیری آن به دلیل “بی خطر بودن” نسبی از نظر ژئومکانیک محل ذخیره سازی، شناسایی نشده است.

مدلهای ژئومکانیکی

     روش های مختلفی برای شبیه سازی مخزن وجود دارد که اثرات ژئومکانیکی را در بر می گیرد. تجزیه و تحلیل سیال و به موجب آن، بازخورد مدل ژئومکانیکی به مدل جریان، در حال حاضر به منزله ی روش برتر و مطلوب در نظر گرفته شده است. تنش و حالت کرنش مدل ژئومکانیکی برای اصلاح خصوصیات هیدرولیکی (تخلخل و نفوذپذیری) مدل جریان با توجه به روابط آزماشی استفاده می شود. تبادل داده بین دو شبیه سازی نیز می تواند برنامه ریزی شود که در زمان های مختلف با توجه به بزرگی و فشار منافذ تغییر می کند. یک تجزیه و تحلیل کاملاً سیال در همان کد که محاسبات جریان و تغییر شکل به طور همزمان حل می شود ، دقیق ترین نوع شبیه سازی است اما ممکن است برخی محاسبات سنگین نیز باشد که در روش قبلی و در اینجا بکار رفته است.

     مدل های ژئومکانیکی از مدل های شبیه سازی مخزن تزریق CO2 زیر سطحی، به لایه شور در یک محل ذخیره فرضی بر اساس زمین شناختی تهیه شده است که فقط در ساحل دریای شمال لینکلنشر ، واقع در کشور انگلیس یافت می شود. تشکیل لایه ذخیره سازی مورد نظر گروه Sherwood Sandstone Group (متوسط تخلخل 20٪ و نفوذپذیری 500 میلی لیتر) با ضخامت های 300 متر بود که توسط گروه Mercia Mststone به عنوان caprock (سنگ پوش) پوشانده شده و زیر پوشش آن قرار گرفته است. پیش بینی می شد که تزریق CO2 فوق بحرانی در عمق حدود 1200 متر یعنی زیر آستانه 800 متر که ممکن است تغییر فاز در گاز آزاد رخ دهد ، صورت گیرد. پیش بینی می شد كه CO2 از طریق بستر هایی كه به آرامی فرو می رود، با مکانیسم اولیه حبس باقیمانده ی گاز به SSW منتقل شود ، که با برخی تله های ساختاری در آب بندی گسل های زیر عمودی پیش بینی می شود. مدل های این مخزن به عنوان بخشی از یک پروژه چند رشته ای CASSEM (ارزیابی و نظارت بر سایت ذخیره سازی لایه CO2) که کلیه جنبه های زنجیره CCS را پوشش می دهد ، توسعه داده شده است (اسمیت و همکاران ، 2011).

     روش و مدل سازی مدل مخزن با توجه به در دسترس بودن داده ها و پیچیدگی مدل سازی در مراحل مختلف، پیشرفت کرده است (وانت و همکاران ، 2011). مدل های ژئومکانیکی در اینجا به عنوان “مدل های اولیه” توصیف شده است ، که به استفاده از داده های خاصیت ژئومکانیکی منتشر شده به همراه مدل های مخزن مرحله میانی پروژه CASSEM و “مدلهای به روز شده” و به استفاده از داده های خاص آزمایشگاهی ژئومکانیکی مشتق شده از آزمایشگاه سایت، همراه با مدل مخزن مرحله نهایی پروژه اشاره دارد. از نرم افزار شبیه سازی ژئومکانیکی مخزن VISAGE نیز برای مدل سازی ژئومکانیکی استفاده شده است (Schlumberger ، 2009).

     مدل های مخزن سیستم ذخیره سازی زمین شناختی آبخیز / سنگ پوش CO2 از یک مدل زمین شناختی با استفاده از شبیه ساز مخزن ترکیبی ECLIPSE 300 برگرفته شده است. مدل جغرافیایی سلولی، یک منطقه مورد مطالعه را در حدود 50 کیلومتر × 18 کیلومتر پوشش داده و سطوح گنجانیده شده (افق اقشار قابل توجه) و گسلها را در بر می گیرد. زمین شناسی واقعی از ترکیبی از داده های لرزه ای 2 بعدی و 3 بعدی تفسیر شده و با بستر های نرم، به آرامی از 1-2- در جهت افقی نسبتاً مستقیم به جلو در حرکت می باشد. حضور گروهی از گسلهای زیر عمودی با ضربات ناچیز در منطقه مرکزی نیز مدل سازی تفسیر شد و مدل زمین شناختی در شکل 1 نشان داده شده است.