Закономерности разрушения горных пород в лабораторных экспериментах применительно к задачам физики сейсмического процесса

Проект нацелен на обнаружение фундаментальных закономерностей и физических механизмов развития неустойчивости горных пород на различных масштабах в сопоставлении с результатами полевых наблюдений сейсмического режима, совершенствование методик проведения лабораторных экспериментов и разработку программно-аппаратных средств регистрации больших объёмов данных. Практическая значимость исследования заключается в выработке методических и технологических подходов, которые будут являться основой для оценки свойств горных пород и условий развития их неустойчивости в широком пространственно-временном диапазоне (от лабораторного до полевого) с использованием уникального оборудования и инновационных разработок ИФЗ РАН. Актуальность предложенной тематики определяется необходимостью развития фундаментальных основ геофизических исследований для более глубокого понимания физики процессов, ведущих к геодинамической активизации и разрушению массивов горных пород. Проблема оценки сейсмической опасности и разработки физических основ технологии такой оценки тесно связана с представлениями о формировании метастабильной области в районе будущего очага землетрясения. Вопрос о способах обнаружения этой области, ее природе и закономерностях потери этой областью устойчивости является ключевым вопросом физики сейсмического процесса. С проблемой потери устойчивости готовящегося очага землетрясения связан вопрос о возможности инициации разрушения в метастабильной области относительно слабыми воздействиями искусственного или естественного происхождения (триггерные явления в сейсмичности). Вопрос о параметрах и условиях такого воздействия остается до сих пор недостаточно изученным, очерчены лишь общие представления о реализации триггерных эффектов в достаточно "подготовленных" для этого областях среды. Время перехода к динамической подвижке какого-либо участка (блока) земной коры, находящегося в состоянии неустойчивого равновесия зависит от многих факторов как внутреннего, так и внешнего происхождения. Продвижение в этой области создаст физическую основу для развития новых подходов к оценке опасности внезапных проявлений сейсмичности различного генезиса. Описание задач, предлагаемых к решению: Принципиально важными задачами исследований по предлагаемой теме являются лабораторные эксперименты, направленные на обоснование и верификацию адекватных представлений о физических механизмах и природе неустойчивости сейсмического режима. В задачи проекта входят: - обоснование и опробование в реальных экспериментах методики и аппаратно-программных решений для обеспечения физического моделирования сейсмических явлений; - исследование петрофизических, структурных свойств образцов горных пород с использованием сканирующей электронной микроскопии и систем широкополосной акустической спектроскопии с лазерным источником ультразвука; - серии экспериментов по исследованию условий неустойчивости разрушения образцов горных пород при различных давлениях всестороннего сжатия, скорости деформирования, давлении порового флюида, управляемом снятии напряжений и фрикционных условий на контактах (разломах); будет сделана попытка моделирования постсейсмических релаксаций напряжений и деформаций для интерпретации результатов анализа аналогичных деформаций в природе после сильных землетрясений. - проведение на современном мировом уровне лабораторных экспериментов на специализированных установках высокого давления для выявления мало исследованных и, возможно, ранее неизвестных факторов влияния слабых внешних воздействий на эволюцию разрушения горных пород; - анализ частотной зависимости затухания и дисперсии скорости в широком диапазоне частот зондирующих ультразвуковых импульсов на основе специализированных экспериментов; - моделирование прогностических вариаций сейсмического (акустического) режима для адекватной интерпретации полевых сейсмологических данных; - формирование и эволюция фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) горных пород для исследования взаимосвязи процессов разрушения и обводнения в горных породах по специализированным лабораторным экспериментам; Решение поставленных задач позволит продвинуться в понимании и количественном описании процессов генерации сейсмичности и обобщить закономерности изменения сейсмических режимов различного генезиса.