Параметры группирования событий акустической эмиссии в лабораторных экспериментах по разрушению горных пород

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В данной работе проводится проверка выполнения закона продуктивности землетрясений [Shebalin et al., 2020a] в лабораторных экспериментах по разрушению горных пород. Образцы гранита Вестерли и песчаника Бенхайм подвергались одноосному нагружению в условиях всестороннего сжатия. Система регистрации акустической эмиссии (АЭ) позволяла сформировать каталоги источников АЭ подобные каталогам землетрясений. Анализировались данные экспериментов, проведенных в Лаборатории трения горных пород (Rock friction laboratory, USGS, Menlo Park, USA) и Лаборатории геомеханики и реологии (GFZ, Potsdam). Выявлено, что для событий АЭ в рассмотренных образцах характерно одномодальное распределение функции близости до ближайшего соседа. Показано выполнение закона продуктивности для событий акустической эмиссии в лабораторных экспериментах по разрушению образцов горных пород, что дает основание говорить о подобии процессов группирования в реальной сейсмичности и в лабораторных условиях.

Об авторах

С. Д. Маточкина

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: sofijamat@mail.ru

физический факультет

Россия, г. Москва; г. Москва

П. Н. Шебалин

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН; Геофизический центр РАН

Email: sofijamat@mail.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

В. Б. Смирнов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: sofijamat@mail.ru

физический факультет

Россия, г. Москва; г. Москва

А. В. Пономарев

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: sofijamat@mail.ru
Россия, г. Москва

П. А. Малютин

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: sofijamat@mail.ru

физический факультет

Россия, г. Москва; г. Москва; г. Москва

Список литературы

  1. Баранов С.В., Жукова С.А., Корчак П.А., Шебалин П.Н. Продуктивность техногенной сейсмичности // Физика Земли 2020. № 3. С. 40–51.
  2. Баранов С.В., Шебалин П.Н. Закономерности постсейсмических процессов и прогноз опасности сильных афтершоков. М.: РАН. 2019. 218 с.
  3. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС. 2016. 424 с.
  4. Моторин А.Ю., Жукова С.А., Баранов С.В., Шебалин П.Н. Воздействие обводненности среды на продуктивность природно-техногенной сейсмичности (на примере Хибинского массива) // Физика Земли. 2024. № 2. С. 3–14.
  5. Смирнов В.Б., Пономарев А.В., Сергеева С.М. О подобии и обратной связи в экспериментах по разрушению горных пород // Физика Земли. 2001. № 1. С. 89–96.
  6. Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Физика переходных режимов сейсмичности. М.: РАН. 2020. 412 с.
  7. Смирнов В.Б., Пономарев А.В., Станчиц С.А., Потанина М.Г., Патонин А.В., Dresen G., Narteau C., Bernard P., Строганова С.М. Лабораторное моделирование афтершоковых последовательностей: зависимость параметров Омори и Гутенберга–Рихтера от напряжений // Физика Земли. 2019. № 1. С. 149–165.
  8. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Акустическая эмиссия и стадии подготовки разрушения в лабораторном эксперименте // Вулканология и сейсмология. 1999. № 4–5. C. 50–62.
  9. Baiesi M.,Paczuski M. Scale-free networks of earthquakes and aftershocks // Physical review E. 2004. V. 69. № 6. P. 066106.
  10. Baró J., Corral Á., Illa X., Planes A., Salje E.K.H., Schranz W., Vives E. Statistical similarity between the compression of a porous material and earthquakes // Physical review letters. 2013. V. 110. № 8. P. 088702. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.088702
  11. Bayliss K., Naylor M., Main I.G. Probabilistic identification of earthquake clusters using rescaled nearest neighbour distance networks // Geophysical Journal International. 2019. V. 217. № 1. P. 487–503.
  12. Brace W.F., Byerlee J.D. Stick slip as a mechanism for earthquakes // Science. 1966. V. 153. P. 990–992.
  13. Grassberger P., Procaccia I. Measuring the Strangeness of Strange Attractors // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1983. V. 9. P. 189–208. doi: 10.1016/0167-2789(83)90298-1
  14. Hainzl S., Sippl C., Schurr B. Linear relationship between aftershock productivity and seismic coupling in the Northern Chile subduction zone // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2019. V. 124. № 8. P. 8726–8738.
  15. Hirata T., Satoh T., Ito K. Fractal structure of spatial distribution of microfracturing in rock // Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 1987. V. 90. № 2. P. 369–374. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1987.tb00732.x
  16. Kandula N., Mc Beck J., Cordonnier B., Weiss J., Dysthe D.K., Renard F. Synchrotron 4D X-ray imaging reveals strain localization at the onset of system-size failure in porous reservoir rocks // Pure and Applied Geophysics. 2022. P. 1–26.
  17. Lei X., Ma Sh. Laboratory acoustic emission study for earthquake generation process // Earthquake Science. 2014. V. 27. № 6. P. 627–646. doi: 10.1007/s11589–014–0103-y
  18. Lockner D.A., Byerlee J.D. Development of fracture planes during creep in granite. In Proc. 2-nd Conference on Acoustic Emission. Microseismic Activity in Geological Structures and Materials / H. R. Hardy, W. F. Leighton (eds.). Trans-Tech Publications, Clausthal-Zellerfeld, Germany. 1980. P. 11–25.
  19. Lockner D. A., Byerlee J. D., Kuksenko V., Ponomarev A., Sidorin A. Quasi-static fault growth and shear fracture // Nature. 1991. V. 350. № 6313. P. 39–42.
  20. Marsan D., Helmstetter A. How variable is the number of triggered aftershocks? // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2017. V. 122. P. 5544–5560.
  21. Marsan D., Lengline J. Extending Earthquakes’ Reach Through Cascading // Science. 2008. V. 319. P. 1076–1079. doi: 10.1126/science.1148783
  22. McBeck J., Ben-Zion Y., Renard F. Fracture network localization preceding catastrophic failure in triaxial compression experiments on rocks // Frontiers in Earth Science. 2021. V. 9. P. 778811.
  23. Ogata Y. Statistical model for standard seismicity and detection of anomalies by residual analysis // Tectonophysics. 1989. V. 169. № 1-3. P. 159–174.
  24. Scholz C.H. The Mechanics of earthquakes and faulting (3-rd edition). Cambrige Univ. Press. 2019. 512 p. ISBN: 9781316615232
  25. Shebalin P.N., Narteau C., Baranov S.V. Earthquake productivity law // Geophysical Journal International. 2020a. V. 222. № 2. P. 1264–1269.
  26. Shebalin P.N., Narteau C., Baranov S.V. Earthquake productivity law // Geophysical Journal International (Supporting information). 2020b. V. 222. № 2. P. 1264–1269.
  27. Utsu T. Aftershocks and earthquake statistics (1): Some Parameters Which Characterize an Aftershock Sequence and Their Interrelations //Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University. 1969. Series 7. Geophysics. 1970. V. 3. № 3. P. 129–195.
  28. Vilhelm J., Rudajev V., Ponomarev A.V., Smirnov V.B., Lokajíček T. Statistical study of acoustic emissions generated during the controlled deformation of migmatite specimens // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. V. 100. P. 83–89.
  29. Zaliapin I., Ben-Zion Y. Earthquake clusters in southern California I: identification and stability // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 2847–2864.
  30. Zaliapin I., Ben-Zion Y. A global classification and characterization of earthquake clusters //Geophysical Journal International. 2016. V. 207. № 1. P. 608–634.
  31. Zaliapin I., Gabrielov A., Keilis-Borok V., Wong H. Clustering analysis of seismicity and aftershock identification // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. № 1. P. 018501.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024