Геофизические процессы и биосфера: статья

ОБ ИНИЦИИРОВАНИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОДВИЖЕК ПО РАЗЛОМАМ ТЕХНОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
Г.Г. КОЧАРЯН
И.В. БАТУХТИН
А.М. БУДКОВ
Г.Н. ИВАНЧЕНКО
С.Б. КИШКИНА
Д.В. ПАВЛОВ
Институт динамики геосфер РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 18
Номер: 3
Год: 2019
Страницы: 104-116
УДК: 534.13; 550.34
DOI: 10.21455/GPB2019.3-7
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: техногенные землетрясения, триггерный эффект, активный разлом, кулоновское напряжение, открытые горные работы
Аннотация: Предметом исследования являются инициированные техногенной деятельностью динамические подвижки по крупным разломам. Помимо признанных типов техногенных воздействий, таких как инжекция флюида или воздействие сейсмических колебаний, рассматривается возможный триггерный эффект от извлечения и перемещения породы при горных работах. Показано, что динамическое скольжение может быть инициировано лишь на тех разломах, для которых выполняются три геомеханических условия возникновения нестабильности: близость величины кулоновских напряжений на плоскости разлома к локальному пределу прочности; выполнение условия разупрочнения фрикционного контакта с ростом скорости скольжения и относительного перемещения берегов; выполнение определенного соотношения между жесткостью вмещающего массива и скоростью снижения фрикционного сопротивления. Особенности формирования динамического скольжения по разлому рассматривались в серии лабораторных и численных экспериментов. Показано, что подвижка всегда начинается на участке, обладающем свойством скоростного разупрочнения, независимо от расположения такого участка относительно приложения нагрузки. Расчеты демонстрируют, что выемка породы в крупном добывающем карьере приводит к изменению ~1 МПа кулоновских напряжений на плоскости разлома на таких площадях, которые значительно превышают размер зоны нуклеации землетрясений с магнитудой M ≤ 6. Этого может оказаться достаточно для инициирования сейсмогенерирующих подвижек по напряженным разломам.
Список литературы: Адушкин В.В. Тектонические землетрясения техногенного происхождения // Физика Земли. 2016. № 2. С. 22-44.

Адушкин В.В. Развитие техногенно-тектонической сейсмичности в Кузбассе // Геология и геофизика. 2018. Т. 59, № 5. С. 709-724.

Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенная сейсмичность - индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН, 2015. 364 с.

Адушкин В.В., Кочарян Г.Г., Павлов Д.В., Виноградов Е.А., Гончаров А.И., Куликов В.И., Кулюкин А.А. О влиянии сейсмических колебаний на развитие тектонических деформаций // Докл. РАН. 2009. Т. 425, № 1. С. 98-100.

Архипов В.Н., Борисов В.А., Будков А.М., Валько В.В., Галиев А.М., Гончарова О.П., Зайков И.М., Замышляев Б.В., Кнестяпин А.М., Королев В.С., Кузовлев В.Д., Макаров В.Е., Селиверстов И.Ю., Семенов Г.И., Смазнов В.В., Смирнов Е.И., Ушаков О.Н. Механическое действие ядерного взрыва. М.: Физматлит, 2003. 550 с.

Батухтин И.В., Павлов Д.В., Марков В.К., Варыпаев А.В. Влияние пространственной гетерогенности заполнителя трещины на инициацию сейсмогенного разрыва: Лабораторный эксперимент // Динамические процессы в геосферах: Сб. науч. тр. ИДГ РАН. М.: Графитекс, 2018. С.117-124.

Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А., Скотт Р.Ф. Геологические стихии. М.: Мир, 1978. 438 с.

Гончаров А.И., Куликов В.И., Мартинсон Н.М. О сейсмическом действии массовых взрывов на карьерах КМА // Горн. инф.-аналит. бюл. (науч.-тех. журн.). 2002. № 1. С. 162-164.

Гончаров А.И., Куликов В.И., Минеев В.И., Седоченко В.В. Сейсмическое действие массовых взрывов на подземных и открытых работах // Динамические процессы во взаимодействующих геосферах: Сб. науч. тр. ИДГ РАН. М.: ГЕОС, 2006. С. 22-33.

Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: Геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2015. 328 с.

Кишкина С.Б. Параметры сейсмического эффекта массовых короткозамедленных взрывов // Вестн. НЯЦ РК. 2004. Вып. 2. С. 171-178.

Короткин В.Г. Объемная задача для упруго-изотропного пространства // Сб. Гидроэнергопроекта. 1938. № 4.

Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС, 2016. С. 424.

Кочарян Г.Г., Остапчук А.А. Влияние вязкости тонких пленок на закономерности фрикционного взаимодействия блоков горной породы // Докл. РАН. 2015. Т. 463, № 3. С. 343-346.

Кочарян Г.Г., Родионов В.Н. О природе тектонических сил // Докл. АН СССР. 1988. Т. 302, № 2. С. 304-305.

Кочарян Г.Г., Федоров А.Е. Об особенностях механики сейсмического процесса в блочной геофизической среде // Докл. АН СССР. 1990. Т. 315, № 6. С. 1345-1349.

Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Мартынов В.С. Изменение режима деформирования разлома в результате инжекции флюида // Физ.-техн. проблемы разработки полезн. ископ. 2017. № 2. С. 20-28.

Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Павлов Д.В. Режим деформирования разломных зон и инициирующий потенциал сейсмических колебаний // Триггерные эффекты в геосистемах: Материалы Второго Всерос. семинара-совещания / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. М.: ГЕОС, 2013. С. 34-45.

Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А., Марков В.К., Марков Д.В., Павлов Д.В. Малые возмущения и напряженно-деформированное состояние земной коры // Физ. мезомеханика. 2005. Т. 8, № 1. С. 23-36.

Кузьмин Ю.О. Современные суперинтенсивные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов // Геологическое изучение и использование недр. М.: Геоинформмарк, 1996. Вып. № 4. С. 43-53.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон: Разломообразование в реальном масштабе времени // Геодинамика и тектонофизика. 2014. № 5(2). C. 401-443. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-2-0135

Кузьмин Ю.О., Жуков В.С. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. М.: Горн. кн., 2012. 264 с.

Леонов Ю.Г. Напряжения в литосфере и внутриплитная тектоника // Геотектоника. 1995. № 6. С. 3-21.

Ловчиков А.В. Сильнейшие горно-тектонические удары и техногенные землетрясения на рудниках России // Физ.-техн. проблемы разработки полезн. ископ. 2013. № 4. С. 68-73.

Ляв А. Математическая теория упругости. М.; Л.: ОНТИ, 1935. 674 с.

Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра, 1986. 301 с.

Ружич В.В., Медведев В.Я., Иванова Л.А. Залечивание сейсмогенных разрывов и повторяемость землетрясений // Сейсмичность Байкальского рифта. Прогностические аспекты: Сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 1990. С. 44-50.

Сейсмичность при горных работах / Под ред. Н.Н. Мельникова. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. 318 с.

Соболев Г.А., Пономарев А.В. Динамика разрушения моделей геологической среды при триггерном влиянии жидкости // Физика Земли. 2011. № 10. С. 48-63.

Соболев Г.А., Закржевская Н.А., Соболев Д.Г. Триггерное возбуждение повторных землетрясений // Физика Земли. 2016. № 2. С. 3-21.

Соболев Г.А., Кольцов А.В., Андреев В.О. Триггерный эффект колебаний в модели землетрясений // Докл. РАН. 1991. Т. 319. C. 337-341.

Соболев Г.А., Пономарев А.В., Майбук Ю.Я., Закржевская Н.А., Понятовская В.И., Соболев Д.Г., Хромов А.А., Цывинская Ю.В. Динамика акустической эмиссии при инициировании водой // Физика Земли. 2010. № 2. С. 50-67.

Трифонов В.Г. Неотектоника подвижных поясов. М.: ГЕОС, 2017. 179 с.

Das S., Scholz C.H. Off-fault aftershock clusters caused by shear stress increase // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1983. V. 71. P. 1669-1675.

Dieterich J.H. Modeling of rock friction: Experimental results and constitutive equations // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 2161-2168. https://doi.org/10.1029/JB084iB05p02161

Djadkov P.G. Induced seismicity at the Lake Baikal: Principal role of load rate // Abstr. of the 29th General Assembly of the IASP of the Earth’s Interior, August 18-28, 1997. Thessaloniki, Greece, 1997. P. 359.

Ellsworth W.L. Injection-induced earthquakes // Science. 2013. V. 341, iss. 6142. https://doi.org/10.1126/science.1225942

Ellsworth W.L., Beroza G.C. Seismic evidence for an earthquake nucleation phase // Science. 1995. V. 268. P. 851- 855. https://doi.org/10.1126/science.268.5212.851

Foulger G.R., Wilson M.P., Gluyas J.G., Julian B.R., Davies R.J. Global review of human-induced earthquakes // Earth-Sci. Rev. March 2018. V. 178. P. 438-514. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.008

Guglielmi Y., Cappa F., Avouac J.-P., Henry P., Elsworth D. Seismicity triggered by fluid injection-induced aseismic slip // Science. 2015. V. 348. P. 1224-1226. https://doi.org/10.1126/science.aab0476

Hill D.P., Prejean S.G. Dynamic triggering // Geophysical treatise, earthquake seismology / Ed. H. Kanamori. Amsterdam: Elsevier, 2007.

Ide S., Takeo M. Determination of constitutive relations of fault slip based on seismic wave analysis // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 27.379-27.391. https://doi.org/10.1029/97JB02675

King G.C.P., Stein R.S., Lin J. Static stress changes and the triggering of earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1994. V. 84. P. 935-953.

Kocharyan G.G., Novikov V.A., Ostapchuk A.A., Pavlov D.V. A study of different fault slip modes governed by the gouge material composition in laboratory experiments // Geophys. Intern. J. 2017. V. 208. Р. 521-528. https://doi.org/10.1093/gji/ggw409

Melosh H.J. Acoustic fluidization: A new geologic process? // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 7513-7520.

Nur A., Mavko G., Dvorkin J., Galmudi D. Critical porosity: A key to relating physical properties to porosity in rocks // The Leading Edge. 1998. V. 17 (3). P. 357-362. https://doi.org/10.1190/1.1437977

Papageorgiou A.S., Aki K. A specific barrier model for the quantitative description of inhomogeneous faulting and the prediction of strong ground motion. Pt. II. Applications of the model // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1983. V. 73. P. 953-978.

Peng Z., Gomberg J. An integrated perspective of the continuum between earthquakes and slow-slip phenomena // Nature Geosci. 2010. V. 3. P. 599-607. https://doi.org/10.1038/ngeo940

Rice J.R. Fault stress states, pore pressure distributions, and the weakness of the San Andreas fault // Fault mechanics and transport properties of rocks: A festschrift in honor of W.F. Brace / Ed. by B. Evans, T.-F. Wong. London, UK; SanDiego, USA, CA: Acad. Press, 1992. P. 475-504.

Scholz C.H. Earthquakes and friction laws // Nature. 1998. V. 391. P. 37-42. https://doi.org/10.1038/34097

Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge: Camb. Univ. Press, 2002. 496 p.

Stec K. Characteristics of seismic activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland // Geophys. J. Inter. 2007. V. 168. P. 757-768. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03227.x

Townend J., Zoback M.D. How faulting keeps the crust strong // Geology. 2000. V. 28. P. 399-402. https://doi.org/10.1130/0091-7613(2000)028<0399:HFKTCS>2.3.CO

Zoback M.D., Zoback M.L. State of stress in the Earth’s lithosphere // International handbook of earthquake and engineering seismology. Pt. A / Eds W.H. Lee, H. Kanamori, P.C. Jennings, C. Kisslinger. Amsterdam: Acad. Press, 2002. P. 559-568.