При анализ особенностей влияния на жесткость разлома различных факторов (изменение напряженно-деформированного состояния массива при ведении горных работ, расположение горных выработок относительно разломной зоны, изменение гидрогеологического режима, вариации порового давления) основное внимание было уделено условиям, при которых происходит радикальные изменения режима деформирования и излучательной эффективности динамических событий. Прослежено изменение режима деформирования разлома как в результате изменения его жесткости, так и изменением жесткости вмещающего массива. Результаты деформационного мониторинга разломов в сейсмоактивном регионе показывает, что спектр эпизодов динамических событий, который приурочен к тому или иному нарушения сплошности, может быть достаточно широк. В процессе эволюции разлома изменение напряженно-деформированного состояния может изменить зону локализации асперитис, что может вызвать изменение деформационного режима вследствие изменение реологических свойств асперитис. Таким образом, чем сильнее неоднородность интерфейса разлома, тем сильнее локальные вариации жесткости разлома и, как следствие, возможные вариации параметров режима скольжения. Как показывают проведенные лабораторные и численные эксперименты увеличение площади асперитис со свойствами скоростного разупрочнения приводит к степенному (нелинейному) росту интенсивности динамических событий. В 2017 году большое внимание было уделено возможности обнаружения содержащейся в сейсмическом шуме информации о «готовности» контакта к динамическому срыву. В спектре регистрируемых микроколебаний блока (аналог сейсмического шума) обнаруживается довольно большое количество характерных частот. Поскольку выявленные спектральные максимумы оказываются довольно размытыми, для определения характерной частоты собственных колебаний был использован алгоритм центра масс и рассчитывался спектральный центроид, который указывает где, главным образом, сосредоточена энергия колебаний, в соответствующем диапазоне частот. В ходе сдвигового нагружения модельного разлома вариация величины спектрального центроида в характерной частотной области полностью согласуется со стадиями лабораторного сейсмического цикла. Выявленные закономерности изменения спектрального центроида в ходе лабораторного сейсмического цикла являются общими для всех режимов скольжения от регулярно повторяющихся динамических срывов до повторяющихся событий медленного скольжения. При этом снижение интенсивности динамических событий сопровождается уменьшением величины спектрального центроида. А так как интенсивность динамических событий определяется жесткостью разлома, то чем выше жесткость модельного разлома, что более высокое значение спектрального центроида будет наблюдаться. Таким образом, полученные в текущем периоде результаты подтверждают, что одним из вероятных механизмов, который в широких пределах регулирует долю энергии, излучаемой в результате подвижки по нарушению сплошности земной коры, является вариация сдвиговой жесткости отдельных участков разломной зоны в результате иного, по сравнению с соседними участками или другими разломами, вещественного состава зоны магистрального сместителя, сублитостатического уровня порового давления флюида, ряда других механических, геологических и геохимических процессов. Кроме того, выполненные эксперименты показали, что в спектре регистрируемых колебаний могут быть выявлены моды, определяемые частотами собственных колебаний механической системы блок–разлом, которые контролируются деформационными свойствами разлома. В опытах отчетливо проявился эффект смещения соответствующих спектральных пиков в область низких частот по мере приближения контакта к моменту динамического срыва. Это означает, что существует принципиальная, хотя пока и гипотетическая, возможность инструментального контроля изменений напряженно-деформированного состояния разломной зоны на заключительной стадии подготовки землетрясения. Эти изменения могут быть обнаружены при анализе параметров низкочастотного микросейсмического шума.

В одной из серий экспериментов 2018 г. основное внимание было уделено возможности выявления изменений величины жесткости разлома в реальном времени при внешнем воздействии на разлом. С этой целью были исследованы закономерности взаимодействия упругих колебаний с разломом. Так как деформационные свойства разлома определяют закономерности межблокоовго скольжения, то эффективным является рассмотрение колебательной системы «блок – разлом».Такая колебательная система будет характеризоваться определенной амплитудно-частотной характеристикой, и её резонансная частота определяется деформационными свойствами разлома, которые могут быть восстановлены при регистрации колебаний на разных берегах модельного разлома. Показано, что определяемая таким образом величина динамической жесткости позволяет достаточно уверенно судить об изменении деформационных свойств разлома при внешнем воздействии. При увеличении амплитуды срывов после инжекции величина динамической жесткости увеличилась, в тоже время если режим скольжения не претерпевал существенных изменений, то величина жесткости оставалась неизменной. Во второй серии экспериментов мы детально исследовали закономерности излучения высокочастотных акустических колебаний при деформировании модельного разлома. В результате проведенного исследования представлен новый метод анализа акустических импульсов (АИ), излучаемых в процессе прерывистого скольжения разлома. Метод основан на анализе волновой формы АИ и их кластеризации по параметру волновой формы. Статистический анализ отдельных кластеров позволяет выделить разномасштабные деформационные процессы, характеризующиеся различными скейлинговыми соотношениями. Показано, что по мере приближения к моменту динамического события начинают преобладать медленные деформационные процессы, амплитуда которых монотонно увеличивается.

.

Публикации:

1. Остапчук А.А., Ружич В.В. Deformation monitoring of a tectonically active fault Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Proceedings of the 2018 European Rock Mechanics Symposium, Volume 2, 1478-1494 p.

2. - ШЕПОТ ЗЕМЛИ. СЕЙСМИЧЕСКИЙ ШУМ ПРЕДУПРЕДИТ О ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ Еженедельная газета научного сообщества "ПОИСК", №46 (2018)

3. Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Павлов Д.В. Traces of laboratory earthquake nucleation in the spectrum of ambient noise // Scientific Reports, Том 8, номер статьи 10764. DOI: 10.1038/s41598-018-28976-9

4. Кочарян Г.Г.,Морозова К.Г., Остапчук А.А. Исследование акустической эмиссии слоя геоматериала при сдвиговом деформировании Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2019 , №3. с.15-21 DOI: 10.15372/FTPRPI20190302.

при поддержке