Акустическая эмиссия, сопровождающая подготовку динамического проскальзывания по модельному гетерогенному разлому метрового масштаба

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Закономерности распределения участков тектонических разломов с разными фрикционными свойствами в значительной степени контролируют динамику их скольжения. Невозможность прямого изучения структуры разломных зон на сейсмогенных глубинах делает особенно актуальным разработку методов диагностики, позволяющих получать информацию о структурных особенностях областей формирования очагов землетрясений и тем самым прогнозировать динамику скольжения.

В настоящей работе представлены результаты лабораторных экспериментов, в которых исследовались закономерности излучения упругих колебаний в процессе эволюции напряженно-деформированного состояния модельного разлома, имеющего пространственно-неоднородную структуру плоскости скольжения. Модельный разлом представлял собой нагруженный контакт блоков диабаза и имел размер 750 × 120 мм2. На интерфейсе разлома были сформированы две зоны круглой формы диаметром по 100 мм, которые обладают повышенной прочностью со свойством скоростного разупрочнения, так называемые асперити. В ходе экспериментов изменялось относительное расположение таких зон.

Процесс формирования динамического проскальзывания, обусловленного разрушением асперити, сопровождался излучением большого количества акустических импульсов, регистрируемых в полосе частот 20–80 кГц. В ходе экспериментов данные о пространственном распределении импульсов позволяют выявить две отдельные контактные области только при расстояниях между этими участками более 20 мм. При этом наблюдаются различия в статистике импульсов, излученных на различных асперити.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. Г. Морозова

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: morozova.kg@idg.ras.ru
Россия, Москва

Д. В. Павлов

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: morozova.kg@idg.ras.ru
Россия, Москва

А. А. Остапчук

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: morozova.kg@idg.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. 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.

Скачать (59KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример локации импульса АЭ. Представлены записи АЭ на разных расстояниях от источника. Времена вступления показаны желтыми звездочками.

Скачать (137KB)
Метаданные
4. 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.

Скачать (181KB)
Метаданные
5. 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).

Скачать (144KB)
Метаданные
6. 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.

Скачать (335KB)
Метаданные
7. 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.

Скачать (175KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025