Аннотация

   Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы – развитие механики деформационных процессов в разломных зонах с целью построения расчетной модели, основанной на физических принципах и успешно выполняющей прогностические функции.

  Несмотря на то, что в строении и структуре, механических и минералогических свойствах, P-T условиях нарушений сплошности земной коры различных масштабов существуют колоссальные различия, закономерности деформирования всех этих структур определяются законами фрикционного взаимодействия. Таким образом, научная значимость проблемы адекватного описания фрикционного взаимодействия в геосистемах разных иерарахических уровней, интегрирующая рассмотрение множества физических и химических процессов, не вызывает сомнений. Несмотря на большое количество публикаций, посвященных различным аспектам проблемы , процесс эволюции динамических деформаций в зонах тектонических разломов, остается плохо понятым. Зачастую при внешней схожести напряженного состояния и структуры разломной зоны, реализуются совершенно разные деформационные моды – от асейсмического крипа до землетрясений. Понимание механики этих процессов может помочь разобраться в некоторых определяющих деталях зарождения как природных землетрясений, так и сейсмических событий, инициированных техногенной деятельностью.

  Основные задачи проекта:

- анализ пространственных и временных закономерностей локализации деформаций разного иерархического уровня в земной коре;

- исследование геомеханических условий и макроскопических проявлений эволюции процесса скольжения по трещинам и разломам на разном масштабном уровне;

- разработка на основе результатов выполненных исследований, комплексной модели возникновения и развития динамической неустойчивости на участках локализации деформаций в земной коре.

  Решаемые задачи охватывают разные масштабы: от изучения взаимодействия локальных контактов частиц-заполнителей разломов до эффектов локализации деформаций в зонах крупных разломов; от лабораторных исследований динамического разрушения межблоковых контактов до численного моделирования различных процессов скольжения в земной коре.

  Основой проекта является созданная в 2020 г. в ИДГ РАН лабораторная установки для исследования процессов скольжения по существующему разлому длиной до 1м в диапазоне нормальных давлений до 20 МПа. В России подобные установки отсутствуют, а в мире существует лишь несколько аналогов. Размеры установки позволят возбуждать в блоках горной породы колебания и использовать их как для диагностики состояния контактной зоны, так и в качестве триггера.

  Наряду с использованием уникальной установки, существенным отличием предлагаемого проекта от работ, проводимых другими группами исследователей, является комплексный подход. На основе лабораторных экспериментов, численного моделирования и натурных наблюдений запланированы исследования эволюции процесса скольжения по разлому с различными физико-механическими и фрикционными свойствами заполнителя (в том числе с материалами, обладающими свойствами упрочнения и разупрочнения при динамическом сдвиге), исследования влияния внешних воздействий на развитие режима скольжения, исследования эволюции жесткости разлома в процессе подготовки динамического срыва. Кроме того, в отличие от существующих установок, дополнительно планируется исследовать зарождение и распространение разрыва в модели, составленной из нескольких блоков.

  В рамках данного проекта планируется проведение полевых работ на Северо-Западном разломе Коробковского месторождения КМА, где кроме структурных исследований будут проводиться исследования реакции разломной зоны на воздействие массовых взрывов.

  В рамках проекта будет проводиться численное моделирование отдельных стадий процесса скольжения с целью определения связи между различными физическими механизмами и оценки их относительной важности. Для численного моделирования будут использованы разработанные участниками коллектива программные коды на основе лагранжева метода «Тензор» (моделирование процесса зарождения, распространения и остановки разных режимов распространения разрыва), а также программный пакет QDYN, который планируется дополнить собственным модулем, позволяющим задавать пространственно неоднородное распределение фрикционных свойств вдоль разлома.

  Численно будут моделироваться задачи, аналогичные конкретным постановкам лабораторных экспериментов, что позволит интерпретировать результаты опытов и распространить их на более сложные природные объекты. Для проверки применимости подходов, разрабатываемых в проекте, к некоторым аспектам деформационных процессов в разломных зонах, будут использованы доступные данные GPS наблюдений и параметров разрывов при землетрясениях. Интеграция данных полевых исследований разломов, результатов компьютерного моделирования и лабораторных экспериментов на установке мирового класса обеспечит новый уровень понимания крупномасштабных геомеханических процессов. В качестве элементов новизны, по сравнению с собственными предыдущими исследованиями, можно отметить использование новой экспериментальной установки, новых постановок численных экспериментов, а также намерение интерпретировать результаты наблюдений за инициированной сейсмичностью на КМА на основе методов обработки данных, развиваемых в ходе выполнения проекта РНФ № 20-77-10087 (руководитель А.А.Остапчук).

при поддержке