Переходные процессы в сейсмическом режиме: полевые наблюдения и лабораторное моделирование

Выполнены углубленный анализ и сопоставление результатов лабораторного моделирования афтершоковых режимов при различных уровнях осевых напряжений и всестороннего давления, при различных скоростях силовой инициации на образцах осадочных и изверженных горных пород. Выявлено несколько типов зависимости параметров релаксации акустической активности от уровня действующих напряжений. Зависимость параметра Омори от уровня действующих напряжений существенно зависит от свойств среды и структуры области разрушения. В случае обводненных образцов и при наличии разлома параметр Омори увеличивается с ростом действующих напряжений, в случае сухих образцов - уменьшается. В целых обводненных образцах (при отсутствии разлома) обнаружены изменения параметра Омори разных знаков (и рост, и спад), но величина их существенно меньше, чем для образцов с разломами. Проведены серии лабораторных экспериментов на модели из блоков гранита, находящихся в условиях двухосного сжатия для оценки возможности частичного снятия накопленной потенциальной энергии в результате воздействия калиброванных ударов, возбуждающих упругие импульсы. Удары вызывали как большие подвижки со снятием напряжений до исходного уровня, так и малые подвижки с уменьшением напряжений на 5 - 8%. Перед большими подвижками наблюдались стадии ускорения относительного движения берегов контакта, аналогичные возникавшим перед "естественными", не инициированными ударами подвижками. Этот признак не был универсальным: после стадии ускорения модель иногда возвращалась к стационарному состоянию контакта без большой подвижки. Все подвижки происходили с временными задержками после момента удара, причем время задержки уменьшалось с увеличением энергии удара. Энергия ударов была на три порядка меньше накопленной моделью энергии, что говорит о триггерном механизме инициирования. Серии ударов, вызывающих малые подвижки, позволяли частично уменьшать накопленную энергию, предотвращая появление большой подвижки типа stick-slip. Если после серии таких ударов все же происходила большая подвижка, то ее энергия была больше по сравнению с подвижками, не инициированными ударами. Эксперименты выявили сложности решения задачи уменьшения опасности землетрясений путем воздействия упругими колебаниями. Разработан и введен в действие современный лабораторный исследовательский комплекс, предназначенный для проведений испытаний материалов горных пород в условиях контролируемого одноосного и трехосного сжатия. Широкий спектр режимов нагружения образца позволяет проводить моделирование различных сейсмических режимов, наблюдающихся в природе. Комплекс содержит развитую сеть станций регистрации различных физических параметров - осевое, всестороннее и поровое давление, осевая, радиальная и объемная деформации, скорости распространения продольных волн по 16 трассам, волновые формы отдельных акустических событий по 16 приемным датчикам. Данные всех станций синхронизированы по времени. Испытания материала проходят в автоматическом режиме с возможностью коррекции режима испытания в ходе эксперимента. Результаты испытания сводятся в единую базу данных, в которой содержатся как первичные данные, так и результаты их обработки, к которым относятся каталоги и бюллетени акустических событий, графики, томографические срезы распределений скоростей распространения продольных волн в объеме образца, построенные для различных пространственно-временных участков, проекции гипоцентров событий акустической эмиссии для заданных интервалов времени. Разработана и опробована в экспериментах методика изучения термостимулированных разрушений в горных породах. Выполнены пилотные эксперименты по контролируемому нагреву и охлаждению образцов горных пород с тщательной регистрацией термоакустической эмиссии, проверена корректность экспериментальных данных, построены зависимости интенсивности акустической эмиссии от температуры. В вариациях сейсмической активности в области наведенной сейсмичности Койна - Варна выявлены периодические компоненты двух типов: первый - сезонные вариации всего режима области в целом, второй - квазигармонические вариации в афтершоковых последовательностях на фоне спада активности. Глубина годовой модуляции меняется во времени, а после сильных землетрясений модуляция исчезает. Сопоставление выявленных особенностей наведенной сейсмичности с результатами лабораторного моделирования модуляции сейсмичности периодической нагрузкой позволяют заключить, что исчезновение годовой цикличности сейсмической активности после сильных землетрясений можно связать со сбросом и перераспределением напряжений в эпицентральной области в результате этих землетрясений.Разработан комплекс средств активного геоэлектрического мониторинга (АГЭМ) с использованием локальных измерителей тока (ЛИТ) - новых в геофизическом применении измерительных приборов на основе датчиков тока трансформаторного типа для определения плотности тока электрического поля в земной коре. Проведен анализ помех геологического характера при использовании ЛИТ. По результатам математических исследований (компьютерное моделирование) определено влияние близких к ЛИТ неоднородностей, усовершенствована методика измерений.Создан экспериментальный макет аппаратных средств для АГЭМ. Проведены полевые методические эксперименты. Показано, что метод АГЭМ позволяет регистрировать процессы образования и изменения свойств локальных неоднородностей в верхней части геологического разреза.Результаты исследований по теме НИР за 2012-2016 гг. представлены 31 публикацией в российских и иностранных журналах, индексируемых в Web of Science, Scopus, РИНЦ; 1 – монографией; 37 статьями в сборниках, материалах конференций и международных школах-семинарах и 2 патентами.