Acoustic emission accompanying preparation of dynamic slip on a model heterogeneous fault of meter scale

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Regularities in distribution of tectonic fault sections with different frictional properties control to a great extent the dynamics of fault sliding. The impossibility of directly studying the structure of fault zones at seismogenic depths makes it especially important to develop diagnostic methods that would provide information on the structural features of earthquake sources formation areas and, thereby, predict the sliding dynamics.

This work presents results of laboratory experiments directed to studying regularities of elastic wave emission during shear deformation of a model fault with a spatially inhomogeneous structure of the sliding interface. The model fault was a loaded contact of diabase blocks 750 × 120 mm2 in size. Two round zones, each 100 mm in diameter, were made at the interface. Those zones had high strength showing the property of velocity weakening, the so-called asperities. The relative position of asperities changed in experiments.

The process of dynamic slip formation, caused by asperity disruption, was accompanied by emission of a great number of acoustic pulses that were recorded in the frequency range of 20–80 kHz. During the experiments, the data on spatial distribution of pulses allow to detect two separate contact regions only when the distance between these regions exceeded 20 mm. Differences in the statistics of pulses emitted at different asperities were observed.

Full Text

Введение

Многообразие режимов скольжения по тектоническим разломам формирует непрерывный ряд событий от крипа и событий медленного скольжения до динамических сейсмогенных подвижек при обычных землетрясениях [Peng, Gomberg, 2010]. Понимание механизмов подготовки, инициирования и остановки скольжения является одной из наиболее актуальных задач сейсмологии [Кочарян, 2021].

С точки зрения физики трения считается, что основным фактором, определяющим динамику скольжения по разлому, является пространственная неоднородность фрикционных свойств плоскости скольжения [Fagereng, Bell, 2021]. Обследования эксгумированных с сейсмогенных глубин разломов демонстрируют наличие радикально отличающихся по структуре и материальному составу участков разломов [Collettini et al., 2019]. Для одних характерна высокая величина фрикционной прочности, соответствующая закону Байерли, а материал демонстрирует свойство скоростного разупрочнения (сопротивление сдвигу снижается при увеличении скорости скольжения). Другие участки разломов характеризуются низкими значениями коэффициента трения и сложены материалами со свойством скоростного упрочнения. Косейсмический разрыв в рамках такой структурной модели разлома стартует в окрестности границы области, характеризующейся свойством скоростного разупрочнения. На участках со свойством скоростного упрочнения скорость разрыва быстро снижается, вновь увеличиваясь в соседних областях со свойством скоростного разупрочнения. Если размер зоны скоростного упрочнения достаточно велик, то происходит остановка разрыва [Kocharyan et al., 2021]. В численных экспериментах показано, что в зависимости от плотности зон со свойством скоростного разупрочнения на разломе могут быть реализованы как быстрые, так и медленные режимы скольжения [Dublanchet et al., 2013].

Понимание процессов формирования и реализации различных режимов скольжения в значительной степени достигается благодаря лабораторным исследованиям динамики деформирования модельных разломов, в которых могут быть исследованы многие аспекты развития и инициирования динамической неустойчивости на разломе [Соболев, Пономарев, 2003; Кочарян, 2016]. Несмотря на то что условия проведения лабораторных экспериментов далеки от условий, характерных для сейсмогенных глубин, в них удается исследовать динамику деформирования разломов с пространственно-неоднородной структурой [Corbi et al., 2017; Buijze et al., 2021] и особенности развития динамической неустойчивости [Кочарян и др., 2021; Gounon et al., 2022].

В настоящей работе представлены результаты лабораторных экспериментов, которые направлены на исследование пространственно-временных закономерностей развития актов проскальзывания на разломах с различной конфигурацией асперити. Судя по полученным результатам, оказывается возможным выявить статистические различия в закономерностях акустической эмиссии (АЭ), локализованных на отдельных асперити на различных стадиях эволюции модельного разлома.

Методика

Эксперименты проводились на установке двухосного нагружения RAMA [Кочарян и др., 2022], включающей два контактирующих блока, которые под действием нормального (σn) и сдвигового (τ) усилий сдвигаются друг относительно друга (рис. 1). Нормальное давление создавалось 4 домкратами и составляло 2 МПа, сдвиговое усилие прикладывалось к подвижному блоку одним домкратом, шток которого двигался с постоянной скоростью us.

 

Рис. 1. Схема экспериментальной установки RAMA: B1, B2 — подвижный и неподвижный блоки; D1–D4 — лазерные датчики перемещения; V — датчик АЭ; A — асперити; d — расстояние между асперити.

 

Контакт между подвижным B1 (Д×В×Ш): (750 × 175 × 120 мм3) и неподвижным B2 (800 × 175 × 120 мм3) блоками представляет собой зону скольжения (интерфейс) модельного разлома. На интерфейсе были сформированы участки повышенной прочности А (лабораторный аналог асперити), представляющие собой зоны круглой или овальной формы, выполненные из цементно-песчаной смеси. Асперити имели прочный контакт с поверхностями блоков. Остальная площадь интерфейса модельного разлома была выполнена фторопластом толщиной 4 мм. Подробно процесс создания асперити на модельном разломе описан в работе [Гридин и др., 2023]. В ходе экспериментов изменялось расстояние между асперити. Были рассмотрены 5 конфигураций: “сдвоенный асперити”, представляющий собой зону овальной формы с большими полуосями 200 и 100 мм, а также два круглых асперити диаметром 100 мм на расстояниях 4, 23, 58, и 300 мм друг от друга.

В ходе экспериментов относительное смещение блоков измерялось с точностью 0.3 мкм системой из 4 лазерных датчиков перемещения (в диапазоне частот 0–5 кГц). Лазерные датчики (D1–D4) были установлены на подвижном блоке (B1), а мишени — на неподвижном блоке. Распределение датчиков смещения вдоль модельного разлома позволяло контролировать относительное перемещение блоков на концах модельного разлома и в зонах асперити. Регистрация упругих колебаний, сопровождающих эволюцию модельного разлома, велась шестью датчиками акустической эмиссии (V) Vallen Systeme VS30-V (рабочий диапазон частот 20–80 кГц) с предусилителями Vallen Systeme AEP5 с усилением 34 дБ. Датчики АЭ (V) располагались на верхней и нижней поверхностях неподвижного блока B2. Все датчики крепились на поверхности блоков на парафиновую смазку, обеспечивающую удовлетворительный акустический контакт. Частота дискретизации регистрируемого сигнала составляла 1 МГц.

Детектирование импульсов АЭ (определение момента вступления и окончания) проводилось с использованием метода STA/LTA [Allen, 1978]. Далее выполнялось уточнение времени первого вступления с помощью информационного критерия Акаике [Carpinteri et al., 2012]. В двухинтервальной модели AIC сигнала рассчитывался в скользящем окне 2 мс согласно следующему выражению:

AIC(k)=klgSA1,k++N-k-1lgSAk+1,N (1)

где: N — длина окна; k — момент, разделяющий окно на два интервала; S — дисперсия. Момент времени, при котором величина AIC принимает минимальное значение, интерпретируется как момент вступления волны.

Для каждого зарегистрированного импульса АЭ определялись амплитуда (As), длительность, энергия и координаты источника. Координаты определялись по разнице прихода волны на датчики методом невязки на сетке размером 1 × 1 мм2. Невязка рассчитывалась по формуле:

N=(dtij-DTij)2,i,j=1,2,3,4, (2)

где: dtij — рассчитанная разность времен прихода на датчики; DTij — измеренная разность времен прихода на датчики; i,j — номера датчиков в группе, по которой проводилась локация импульсов. Локация выполнялась по группам из 4 датчиков, после чего все события, лоцированные каждой группой, объединялись в единый каталог. Погрешность определения координат составляла 20 мм. Скорость распространения волны была определена независимо ультразвуковым методом и равнялась 6530 м/с. На рис. 2 показаны временные вариации сигнала АЭ, пришедшего на различные датчики АЭ в зависимости от расстояния до источника импульса, а также результаты детектирования импульса согласно критерию AIC (соотношение 1).

 

Рис. 2. Пример локации импульса АЭ. Представлены записи АЭ на разных расстояниях от источника. Времена вступления показаны желтыми звездочками.

 

Результаты

На рис. 3 представлен пример параметров эволюции модельного разлома, на интерфейсе которого сформированы два асперити. Начальная стадия эволюции идентична для всех проведенных экспериментов — наблюдается линейный рост сдвигового усилия почти пропорционально времени (до t ~ 40 с). При достижении сдвигового усилия порядка 60–65% от предела прочности наблюдается снижение скорости нарастания сдвигового усилия. По мере нагружения начинают отчетливо проявляться зоны локализации асперити, на которых фиксируются наиболее низкие смещения (оранжевая и зеленая кривые на рис. 3б), и при напряжениях, близких к предельным, дефицит достигает 3 мкм. На заключительной стадии эволюции происходит резкий сброс сдвигового усилия и наблюдается один или последовательность двух независимых актов проскальзывания (АП). В качестве АП рассматривается интервал времени, при котором скорость смещения берегов разлома превышает скорость выдвижения штока домкрата (скорость нагружения). В проведенных экспериментах инициирование актов проскальзывания обусловлено разрушением асперити, и первым разрушалось пятно, ближнее к домкрату (пятно слева, которому соответствует оранжевая линия на рис. 3б). Разрушением зоны асперити в данном случае называется отрыв асперити от одного из блоков.

 

Рис. 3. Результаты регистрации процесса деформирования модельного разлома с двумя асперити: (а) — зависимость сдвигового усилия от времени; (б) — зависимость межблокового перемещения от времени (цвета линий соответствуют цветам лазерных датчиков перемещения D на рис.1); (в) — запись сигнала АЭ. На врезках представлен участок, соответствующий заключительному двухсекундному интервалу нагружения.

 

Конфигурация асперити модельного разлома фактически предопределяет закономерности реализации АП. При конфигурации асперити “овал” (d = 0 мм) и при расстоянии между асперити d = 4 мм наблюдался один АП. При расстоянии между асперити более 5 мм фиксируются два АП. Параметры АП представлены в таблице. При реализации двух АП первым является медленное событие. Скорость смещения при втором событии примерно на порядок выше.

 

Параметры актов проскальзывания при различных расстояниях между асперити

d, мм

Vmax, мм/с

W, мкм

Dt, c

0

65

140

4

60

110

23

0.2 / 24

2.5 / 25

0.05…0.5

58

0.2 / 20

2.0 / 20

0.05…1

300

1 / 10

5 / 20

2…12

Примечания: Vmax — максимальная скорость относительного смещения берегов разлома, W — средняя амплитуда смещения при АП, Dt — временная задержка между АП (диапазон изменения). При реализации двух АП их параметры указаны через “ / ”.

 

В процессе нагружения регистрировалось большое количество импульсов АЭ. Результаты локации импульсов, сопровождающих процесс эволюции модельного разлома, представлены на рис. 4. Излучение импульсов АЭ происходит по всей площади интерфейса на протяжении всего процесса нагружения, при этом импульсы с наибольшей амплитудой фиксируются в зонах локализации асперити. Статистика импульсов АЭ описывается законом повторяемости Гутенберга–Рихтера [Gutenberg, Richter, 1944]:

lgN-a-b·lg(As), (3)

где N — число импульсов с амплитудой меньше AS; a, b — положительные константы. Параметр b-value, определяющий наклон графика повторяемости, является скейлинговым параметром системы [Turcotte, 1999].

 

Рис. 4. Локализация зарегистрированных импульсов АЭ (а); и закон повторяемости Гутенберга–Рихтера (б). Модельный разлом содержал два асперити, расположенных на расстоянии 23 мм. Размер и цвет круга соответствуют амплитуде импульса АЭ (а); статистика АЭ описывается соотношением lgN = 3.1–1.53lgAS (б).

 

Конфигурация интерфейса модельного разлома определяет закономерности реализации АП. Пространственное распределение импульсов АЭ позволяет выявлять структурные особенности интерфейса. На рис. 5 представлена плотность распределения импульсов АЭ в плоскости разлома. В случае, когда интерфейс выполнен только из фторопласта (рис. 5а), выявляются отдельные ячейки локализации импульсов АЭ. Учитывая отсутствие очевидных источников АЭ, это может указывать на особенности подготовки модельного разлома, когда достаточно сложно проконтролировать чистоту фторопласта по всей площади интерфейса. При наличии асперити наблюдается сильная пространственная неоднородность локализации источников АЭ, которые концентрируются не только на участках локализации асперити или в их окрестности. В этой связи наибольшую информативность дает рассмотрение распределения импульсов вдоль простирания разлома (ось ОX). Для конфигурации “овал” (рис. 5б) наблюдается увеличение плотности очагов в зоне асперити с относительным повышением к правому краю. Для конфигураций с двумя асперити наблюдается различие в распределении импульсов вдоль разлома. Если при расстоянии 4 мм наблюдается фактически один широкий максимум, то при расстояниях 23 мм и более наблюдаются два максимума. При этом расстояние между максимумами увеличивается по мере увеличения расстояния между асперити.

 

Рис. 5. Пространственное распределение импульсов АЭ в плоскости скольжения при различных конфигурациях интерфейса модельного разлома. Представлены случаи отсутствия асперити, когда интерфейс сложен слоем фторопласта (а) и когда расстояния между асперити составляют d = 0 мм (б); d = 4 мм (в); d = 23 мм (г); и d = 58 мм (д). Градации серого соответствуют количеству импульсов в ячейке, нормированному на общее их количество. Вдоль верхней границы пространственного распределения показана относительная линейная плотность очагов вдоль плоскости разлома.

 

Импульсы АЭ инициируются на каждом из асперити в течение всего цикла нагружения, при этом имеются различия в статистике Гутенберга–Рихтера при различных конфигурациях интерфейса и закономерностях реализации АП. В случае, когда фиксируется один АП, b-value совпадают для ансамблей импульсов АЭ, локализованных в окрестности левого (ближнего к домкрату нагружаемому торцу) и правого асперити. В случае двух АП статистика импульсов АЭ показывает существенное отличие, а именно для левого асперити b-value на 0.2–0.3 меньше, чем для правого. Разрушение левого асперити (первого по очереди) приводит к инициированию АП с низкой скоростью относительного смещения берегов (таблица), которое не сопровождается какой-либо аномалией сигналов АЭ. После разрушения в зоне локализации левого асперити излучаются импульсы существенно меньшей амплитуды, в то время как для импульсов АЭ из зоны локализации правого асперити максимальная амплитуда не изменяется (рис. 6).

 

Рис. 6. Временные вариации амплитуды (а) и закон повторяемости Гутенберга–Рихтера (б) импульсов АЭ на финальной стадии нагружения модельного разлома, содержащего два асперити, расположенных на расстоянии 300 мм. Оранжевый цвет — импульсы, локализованные в зоне левого асперити, которое расположено ближе к нагружаемому торцу и которое разрушается первым. Зеленый — импульсы, локализованные в зоне правого пятна. Стрелками отмечены моменты актов проскальзывания, сплошные линии — границы интервалов (длительность 12 с), для которых представлена статистика в (б). Кругами обозначены импульсы, излученные в течение 12 с перед первым АП, ромбами — между первым и вторым АП.

 

Обсуждение

Установление взаимосвязей между режимами скольжения тектонических разломов и закономерностями излучения сейсмических и акустических импульсов является необходимым для создания методов пассивного контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) тектонических разломов и определения возможного момента инициирования динамических подвижек по разлому. В природе корреляционные связи могут быть выявлены на основе проведения синхронных геодезических и сейсмологических наблюдений [Frank et al., 2016; Vorobieva et al., 2016]. В то время как простейшая модель сейсмического цикла включает только быстрые подвижки, в большинстве случаев модель эволюции должна включать как быстрые, так и медленные режимы скольжения [Гридин и др., 2023]. Структура тектонического разлома оказывает большое влияние на развитие скольжения, и, как показывают лабораторные эксперименты [Corbi et al., 2017], расстояние между асперити является одним из ключевых параметров, определяющих закономерности сброса накопленных напряжений.

Проведенные эксперименты показали, что пространственный анализ закономерностей локализации импульсов АЭ позволяет выявлять структурные особенности интерфейса разлома. Асперити проявляются как области повышенной плотности количества импульсов, что указывает на то, что они являются активно излучающими областями интерфейса [Ostapchuk et al., 2022; Беседина и др., 2025]. При этом разрушение асперити не обязательно будет сопровождаться излучением высокоамплитудных импульсов. В природе низкая амплитуда медленных событий делает задачу их детектирования в данных геодезического и сейсмологического мониторинга чрезвычайно сложной.

Тектонические напряжения реализуются посредством как быстрых, так и медленных режимов скольжения, которые могут иметь место на одном и том же сегменте разлома [Veedu, Barbot, 2016]. Существующие системы мониторинга не всегда могут надежно детектировать медленные режимы скольжения, что является важным условием корректной оценки напряженно-деформированного состояния разлома. Как можно заключить из данных, представленных на рис. 6, в качестве индикатора медленных подвижек может выступать изменение статистики импульсов АЭ. После медленного проскальзывания резко снижается амплитуда импульсов, излучаемых из зоны разрушенного пятна, то есть статистика форшоков имеет существенно более низкую величину b-value, чем статистика афтершоков. Изменения величины b-value надежно фиксируются при крупных землетрясениях [Gulia, Wiemer, 2019], что нельзя сказать о медленных событиях. В отсутствие выраженного основного толчка изменение b-value не рассматривается как индикатор медленного основного события. Возможен ли такой сценарий в природе? Если разлом содержит два асперити, то, как показывают описанные в этой статье эксперименты, подготовка быстрой подвижки (в природе — крупного землетрясения) при анализе сейсмических данных будет сопровождаться резким снижением доли высокоамплитудных импульсов (рис. 6а), что в природе ассоциируется с сейсмическим затишьем [Соболев, 1993; Wyss et al., 2004]. Однако если задержка между медленной и быстрой подвижками будет достаточно короткой (таблица), то затишье не будет зарегистрировано.

Представленные в настоящей работе результаты показывают важность понимания структурных особенностей тектонических разломов и корректной интерпретации наблюдений. Анализ и интерпретация сейсмологических данных должны осуществляться на основе построения физически корректной структурной модели объекта, что в свою очередь дает возможность численного моделирования процесса эволюции тектонического разлома.

Финансирование работы

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 20-77-10087).

×

About the authors

K. G. Morozova

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: morozova.kg@idg.ras.ru
Russian Federation, Moscow

D. V. Pavlov

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Email: morozova.kg@idg.ras.ru
Russian Federation, Moscow

A. А. Ostapchuk

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Email: morozova.kg@idg.ras.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Беседина А.Н., Новикова Е.В., Белоклоков П.В. и др. Особенности зон локализации сильнейших землетрясений Курило-Камчатской дуги // Физика Земли. 2025. № 2. С. 19–35.
  2. Гридин Г.А., Кочарян Г.Г., Морозова К.Г., Новикова Е.В., Остапчук А.А., Павлов Д.В. Развитие процесса скольжения по гетерогенному разлому. Крупномасштабный лабораторный эксперимент // Физика Земли. 2023. № 3. С. 139–147.
  3. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС. 2016. 424 с.
  4. Кочарян Г.Г. Возникновение и развитие процессов скольжения в зонах континентальных разломов под действием природных и техногенных факторов. Обзор современного состояния вопроса // Физика Земли. 2021. № 4. С. 3–41. https://doi.org/10.31857/S0002333721040062
  5. Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Павлов Д.В., Гридин Г.А., Морозова К.Г., Hongwen J., Пантелеев И.А. Лабораторные исследования закономерностей фрикционного взаимодействия блоков скальной породы метрового масштаба. Методика и первые результаты // Физика Земли. 2022. № 6. С. 162–174.
  6. Соболев Г.А. Физические основы прогноза землетрясений. М.: Наука. 1993. 314 с.
  7. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука. 2003. 270 с.
  8. Allen R. Automatic earthquake recognition and timing from single traces // Bull. Seismol. Soc. Am. 1978. V. 68. P. 1521–1532.
  9. Buijze L., Guo Y., Niemeijer A.R., Ma S., Spiers C.J. Effects of heterogeneous gouge segments on the slip behavior of experimental faults at dm scale // Earth Planet. Sci. Lett. 2021. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116652.
  10. Collettini C., Tesei T., Scuderi M.M., Carpenter B.M., Viti C. Beyond Byerlee Friction, Weak Faults and Implications for Slip Behavior // Earth Planet. Sci. Lett. 2019. V. 519. P. 245–263. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.05.011
  11. Corbi F., Funiciello F., Brizzi S., Lallemand S., Rosenau M. Control of asperities size and spacing on seismic behavior of subduction mega thrusts // Geophys. Res. Lett. 2017.V. 44. P. 8227–8235. https://doi.org/10.1002/2017GL074182
  12. Dublanchet P., Bernard P., Favreau P. Interactions and triggering in a 3-D rate-and-state asperity model // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2013. V. 118. P. 2225–2245, https://doi.org/10.1002/jgrb.50187
  13. Fagereng Å., Beall A. Is complex fault zone behaviour a reflection of rheological heterogeneity? // Phil.Trans.R.Soc. 2021. A 379: 20190421. https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0421
  14. Frank W., Shapiro N. M., Husker A., Kostoglodov V., Gusev A.A., Campillo M. The evolving interaction of low-frequency earthquakes during transient slip // Science Advances. 2016. V. 2. № 4. P. e1501616. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501616
  15. Gounon A., Latour S., Letort J., ElArem S. Rupture nucleation on a periodically heterogeneous interface // Geophysical Research Letters. 2022. V. 49. P. e2021GL096816. https://doi.org/10.1029/2021GL096816.
  16. Gulia L., Wiemer S. Real-time discrimination of earthquake foreshocks and aftershocks // Nature. 2019. V. 574. P. 193–199. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1606-4
  17. Gutenberg, B. & Richter, C. F. Frequency of earthquakes in California // Bull. Seismol. Soc. Am. 1944. V. 34. P.185–188.
  18. Kocharyan G.G., Ostapchuk A.A., Pavlov D.V. Fault Sliding Modes — Governing, Evolution and Transformation. Multiscale Biomechanics and Tribology of Inorganic and Organic Systems / Ostermeyer G.P., Popov V.L., Shilko E.V., Vasiljeva O.S. (eds.). Cham.: Springer. 2021. P. 323–358. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60124-9_15
  19. Ostapchuk A, Polyatykin V, Popov M, Kocharyan G. Seismogenic patches in a tectonic fault interface // Front. Earth Sci. 2022. V. 10. P. 904814. https://doi.org/10.3389/feart.2022.904814
  20. Peng Z., Gomberg J. An integrated perspective of the continuum between earthquakes and slow-slip phenomena // Nature Geoscience. 2010. V. 3. № 9. P. 599–607. https://doi.org/10.1038/ngeo940
  21. Turcotte D.L. Self-organized criticality // Rep. Prog. Phys. 1999. V. 62. P. 1377. https://doi.org/10.1088/0034-4885/62/10/201
  22. Veedu D. M., Barbor S. The Parkfield tremors reveal slow and fast ruptures on the same asperity // Nature. 2016. V. 532. P. 361–365. https://doi.org/10.1038/nature17190
  23. Vorobieva I., Shebalin P., Narteau C. Break of slope in earthquake size distribution and creep rate along the San Andreas Fault system // Geophysical Research Letters. 2016. V. 43. P. 6869–6875. https://doi.org/10.1002/2016GL069636
  24. Wyss M., Sobolev G., Clippard J.D. Seismic quiescence precursors to two M7 earthquakes on Sakhalin Island, measured by two methods // Earth Planet Sp. 2004. V. 56 Pp. 725–740, 554, 116652.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Schematic diagram of the RAMA experimental setup: B1, B2 — movable and fixed blocks; D1–D4 — laser displacement sensors; V — AE sensor; A — asperity; d — distance between asperities.

Download (59KB)
3. Fig. 2. Example of AE pulse location. AE records at different distances from the source are shown. Arrival times are shown with yellow asterisks.

Download (137KB)
4. Fig. 3. Results of recording the deformation process of a model fault with two asperities: (a) — dependence of the shear force on time; (b) — dependence of the interblock displacement on time (the colors of the lines correspond to the colors of the laser displacement sensors D in Fig. 1); (c) — recording of the AE signal. The insets show the section corresponding to the final two-second loading interval.

Download (181KB)
5. Fig. 4. Localization of registered AE pulses (a); and the Gutenberg–Richter recurrence law (b). The model fault contained two asperities located at a distance of 23 mm. The size and color of the circle correspond to the amplitude of the AE pulse (a); the AE statistics are described by the relation lgN = 3.1–1.53lgAS (b).

Download (144KB)
6. Fig. 5. Spatial distribution of AE pulses in the slip plane for different configurations of the model fault interface. The cases of absence of asperities are shown, when the interface is composed of a fluoroplastic layer (a) and when the distances between asperities are d = 0 mm (b); d = 4 mm (c); d = 23 mm (d); and d = 58 mm (d). The grayscale corresponds to the number of pulses in the cell normalized to their total number. The relative linear density of foci along the fault plane is shown along the upper boundary of the spatial distribution.

Download (335KB)
7. Fig. 6. Time variations of the amplitude (a) and the Gutenberg-Richter recurrence law (b) of AE pulses at the final stage of loading of a model fault containing two asperities located at a distance of 300 mm. Orange color — pulses localized in the zone of the left asperity, which is located closer to the loaded end and which is destroyed first. Green — pulses localized in the zone of the right spot. Arrows mark the moments of slip acts, solid lines — the boundaries of intervals (duration 12 s) for which statistics are presented in (b). Circles denote pulses emitted during 12 s before the first AP, diamonds — between the first and second AP.

Download (175KB)

Copyright (c) 2025 Russian academy of sciences