ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА НА РАЗЛОМЕ В МЕТАСТАБИЛЬНОМ СОСТОЯНИИ ПЕРЕД ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ

Abstract

Предлагается новый подход к выделению предвестников землетрясения в зоне разлома с высоким уровнем напряжений, опирающийся на понятия его устойчивого состояния и энергетического баланса. В условиях экспериментального воспроизведения модели прерывистого «stick-slip» в пределах полного цикла медленной нагрузки и быстрой разгрузки деформируемого образца с разрезом, имитирующим разлом, предельные состояния его метастабильности и метанестабильности при пиковом критическом напряжении определяются как переходная фаза от устойчивости к неустойчивости со спонтанной генерацией импульсной подвижки (т.е. генерации землетрясения). С переходом модельного разлома в состояние метанестабильности стартует процесс медленного, пространственно-дискретного, избирательного высвобождения накопленных на нем напряжений. Выявление этого процесса до его перехода в стадию быстрой нестабильности имеет важное прогнозное значение для превентивной оценки риска в тектонически активных регионах. В выполненном авторами экспериментальном исследовании проанализированы вариации тензора напряжений в нагруженном гранитном образце с прямолинейным разрезом в течение метанестабильной стадии, а также проведено наблюдение пространственно-временных особенностей этого параметра в течение всего процесса деформации модельного разлома.Установлено, что по простиранию разлома имеют место сегменты с низкими и высокими значениями объемной деформации, которым соответствуют два типа нестабильности. Первые закладываются на участках с пониженной прочностью и становятся сегментами начального высвобождения энергии в начальную стадию нестабильности. Вторые, наоборот, характерны для участков упрочнения разлома, где происходит блокировка напряжений, и впоследствии превращаются в начальные области быстрой нестабильности.В рамках процесса нестабильности разлома выделены две стадии. В первую стадию происходит реализация небольших медленных сдвиговых смещений на разломе в пределах сегментов первого типа, именуемых в литературе предсмещениями, низкочастотными, медленными или тихими землетрясениями и т.д. Сегментация развивается с ускорением, что способствует переходу деформационного процесса во вторую стадию, когда происходит быстрое динамической объединение сегментов обоих типов с реализацией большого смещения по разлому, что соответствует сильному землетрясению в природе.В условиях нестабильности разлома зафиксированы два типа деформации вдоль его простирания: фронтальная миграция деформации вдоль сегментов первого типа при смещениях по ним к сегментам второго и импульс деформации сжатия после реализации объемной деформации после смещения, распространяющийся на определенное расстояние в условиях роста приложенной к образцу нагрузки. В выполненных экспериментах фронтальная деформация возникала примерно за 12 с до быстрой нестабильности разлома, а импульс сжатия начинается менее чем за 0,1 с до неё. Динамическая деформация на разломе проявляется квазисинхронно по простиранию разлома во всех точках измерения.