Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Экспериментальное изучения влияния вида разрушающей нагрузки на акустическую эмиссию в связи с задачами исследования процессов разломообразования и сейсмичности в литосфере

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальное изучения влияния вида разрушающей нагрузки на акустическую эмиссию в связи с задачами исследования процессов разломообразования и сейсмичности в литосфере"

РГ6 од

- 5 ИЮН 1995

На правах рукописи

ТРУ СКОВ Владимир Афанасьевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИДА РАЗРУШАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ НА АКУСТИЧЕСКУЮ ЭМИССИЮ В СВЯЗИ С ЗАДАЧАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗЛОМООБРАЗОВАНИЯ И СЕЙСМИЧНОСТИ В ЛИТОСФЕРЕ

(04.00.22 - геофизика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск - 1995

Работа выполнена в лаборатории тектонофизики Института земной коры Сибирского отделения Российской Академии Наук

Научный руководитель:

академик ЛЕН РФ, д.г.-м.п., профессор С.И.Шерман

Официальные оппоненты:

чл.-корр. АЕН РФ, д.г.-м.п., профессор Г.С.Вахромеев

к.ф.-м.н. В.И.Найдич

Ведущая организация:

Восточно-Сибирский Научпо-Исследовательский Институт Геологии,

Геофизики и Минерального Сырья

Защита состоится с/иэм^ 1995 г. в /У . часов на заседании

Диссертационного совета Д.003.07.01 при Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, Иркутск-33, ул.Лермонтова, 128.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН (в здании ИЗК СО РАН).

Автореферат разослан

мй\ 1995 г.

Ученый секретарь Диссертационногосдвета, к.г.-м.н. „ ,

"~5> Ю.В.Меньшагин

Актуальность. Изучение динамики тектонических полей напряжений и разломообразования тесно связано с практической задачей прогноза землетрясений. Трудно переоценить, в частности, роль сейсмических явлений в развитии наук о Земле и в социальной сфере деятельности человека. Для лабораторного изучения сейсмичности используется метод акустической эмиссии (АЭ). Акустическая эмиссия - аналог сейсмичности в моделях геофизической среды - в течение нескольких десятков лет является объектом пристального изучения. Тем не менее метод АЭ и в настоящее время обладает значительным запасом не использованных возможностей для выявления причинно-следственных связей между характеристиками разрушения и сейсмичностью. Современное техническое оснащение позволяет реализовать большую часть этих возможностей. В данной связи становится актуальным проведение исследований, прослеживающих с помощью уникальных свойств метода АЭ (в комплексе с др. методами) многофакторные процессы деструкции геофизической среды от характера причины, их вызывающей (вида разрушающих механических напряжений), до параметров упругих волн, сопровождающих появление разрывов. Так как невозможно непосредственно наблюдать ряд геофизических процессов в природной среде, лабораторные эксперименты имеют важное значение. Они лежат в основе проведенного исследования.

Цель исследований состоит в экспериментальном изучении влияния вида разрушающих напряжений на параметры акустической эмиссии.

Задачи работы:

1. Установление зависимости сейсмоакустического режима моделей развития зон крупных разломов от способа нагружения и морфологического типа разломов.

2. Определение связи между видом локального механического напряжения, под действием которого образуется сейсмогенерирующий разрыв и частотно-временной структурой единичного сигнала АЭ.

3. Разработка новых аспектов реализации метода АЭ для поиска искомых зависимостей при деформировании упруго-вязко-пластичных моделей и разрушении хрупких образцов.

Фактический материал представляет собой результаты экспериментальных исследований, выполненных автором работы. При их проведении созданы оригинальные методики, разработана и построена экспериментальная установка, применен мощный комплекс совре-

менного электронного и электронно-вычислительного оборудования. Всего проведено более 200 сложных, с многоэтапной обработкой опытов. При обобщении материала использованы различные данные из отечественных и зарубежных публикаций.

Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие наиболее важные результаты:

1. Вид нагрузки, контролирующий морфологогенетический тип формирующихся разломов, оказывает закономерное влияние на сейс-моакустический режим, сопровождающий развитие разломной зоны.

2. Сейсмоакустический сигнал содержит в своей структуре информацию о виде разрушающей нагрузки, под действием которой образовался сейсмогенерирующий разрыв.

3. Проявления информативных признаков вида разрушающей нагрузки в структуре сейсмоакустического сигнала частотно- и время-зависимы.

Научная новизна. Разработана новая методика, позволяющая регистрировать сигналы АЭ, возникающие при деформации композитного материала с прочностными свойствами, подобными поведению литосферы при медленном деформировании. При моделировании впервые получены данные по изменениям сейсмоакустических режимов сдвиговых разломных зон и зон растяжения на протяжении всего времени их развития. Аналогичное время в природе оценивается в сотни тысяч и миллионы лет, и иного пути, кроме моделирования, для изучения кинетики столь продолжительных процессов деструкции и сопровождающей их сейсмичности в зонах крупных разломов, нет. Установлены: закономерности в режимах излучения упругих волн, индивидуальность проявления этих закономерностей для определенного типа разломообразования, приуроченность экстремумов активности АЭ к этапам и стадиям развития зон, особенности динамики накопления разрывов, образующих структуры зон сдвига и растяжения.

Разработана система поиска признаков вида локальной разрушающей нагрузки в единичном сигнале АЭ. Впервые в рамках метода АЭ использован частотно-полосовой способ анализа сигналов. Развиты сопутствующие решению поставленной задачи вопросы по механизмам разрушения, генерации акустических сигналов, интерпретации параметров АЭ. По результатам большого числа экспериментов (более 200) получены доказательства существования информативных признаков вида разрушающей нагрузки, под действием которой образовался разрыв, в единичном сигнале АЭ.

Актуальность. Изучение динамики тектонических полей напряжений и разломообразования тесно связано с практической задачей прогноза землетрясений. Трудно переоценить, в частности, роль сейсмических явлений в развитии наук о Земле и в социальной сфере деятельности человека. Для лабораторного изучения сейсмичности используется метод акустической эмиссии (АЭ). Акустическая эмиссия - аналог сейсмичности в моделях геофизической среды - в течение нескольких десятков лет является объектом пристального изучения. Тем не менее метод АЭ и в настоящее время обладает значительным запасом не использованных возможностей для выявления причинно-следственных связей между характеристиками разрушения и сейсмичностью. Современное техническое оснащение позволяет реализовать большую часть этих возможностей. В данной связи становится актуальным проведение исследований, прослеживающих с помощью уникальных свойств метода АЭ (в комплексе с др. методами) многофакторные процессы деструкции геофизической среды от характера причины, их вызывающей (вида разрушающих механических напряжений), до параметров упругих волн, сопровождающих появление разрывов. Так как невозможно непосредственно наблюдать ряд геофизических процессов в природной среде, лабораторные эксперименты имеют важное значение. Они лежат в основе проведенного исследования.

Цель исследований состоит в экспериментальном изучении влияния вида разрушающих напряжений на параметры акустической эмиссии.

Задачи работы:

1. Установление зависимости сейсмоакустического режима моделей развития зон крупных разломов от способа нагружения и морфологического типа разломов.

2. Определение связи между видом локального механического напряжения, под действием которого образуется сейсмогенерирующий разрыв и частотно-временной структурой единичного сигнала АЭ.

3. Разработка новых аспектов реализации метода АЭ для поиска искомых зависимостей при деформировании упруго-вязко-пластичных моделей и разрушении хрупких образцов.

Фактический материал представляет собой результаты экспериментальных исследований, выполненных автором работы. При их проведении созданы оригинальные методики, разработана и построена экспериментальная установка, применен мощный комплекс совре-

менного электронного и электронно-вычислительного оборудования. Всего проведено более 200 сложных, с многоэтапной обработкой опытов. При обобщении материала использованы различные данные из отечественных и зарубежных публикаций.

Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие наиболее важные результаты:

1. Вид нагрузки, контролирующий морфологогенетический тип формирующихся разломов, оказывает закономерное влияние на сейс-моакустический режим, сопровождающий развитие разломной зоны.

2. Сейсмоакустический сигнал содержит в своей структуре информацию о виде разрушающей нагрузки, под действием которой образовался сейсмогенерирующий разрыв.

3. Проявления информативных признаков вида разрушающей нагрузки в структуре сейсмоакустического сигнала частотно- и время-зависимы.

Научная новизна. Разработана новая методика, позволяющая регистрировать сигналы АЭ, возникающие при деформации композитного материала с прочностными свойствами, подобными поведению литосферы при медленном деформировании. При моделировании впервые получены данные по изменениям сейсмоакустических режимов сдвиговых разломных зон и зон растяжения на протяжении всего времени их развития. Аналогичное время в природе оценивается в сотни тысяч и миллионы лет, и иного пути, кроме моделирования, для изучения кинетики столь продолжительных процессов деструкции и сопровождающей их сейсмичности в зонах крупных разломов, нет. Установлены: закономерности в режимах излучения упругих волн, индивидуальность проявления этих закономерностей для определенного типа разломообразования, приуроченность экстремумов активности АЭ к этапам и стадиям развития зон, особенности динамики накопления разрывов, образующих структуры зон сдвига и растяжения.

Разработана система поиска признаков вида локальной разрушающей нагрузки в единичном сигнале АЭ. Впервые в рамках метода АЭ использован частотно-полосовой способ анализа сигналов. Развиты сопутствующие решению поставленной задачи вопросы по механизмам разрушения, генерации акустических сигналов, интерпретации параметров АЭ. По результатам большого числа экспериментов (более 200) получены доказательства существования информативных признаков вида разрушающей нагрузки, под действием которой образовался разрыв, в единичном сигнале АЭ.

Важным условием регистрации АЭ является нормированность характеристик датчика-преобразователя механических сигналов АЭ в электрические и используемых в измерительном тракте приборов. В противном случае данные по АЭ разных авторов оказываются трудносопоставимыми. Это условие полностью выдержано в настоящей работе.

Из результатов анализа литературных источников следует:

- первые исследования АЭ, по-видимому, выполнил JI. Оберт в 1941 г. (Корнер и др., 1977), заинтересовавшись слышимыми звуками, шумами, треском опор и кровли в шахтах. В нашей стране начало разработок метода АЭ применительно к изучению геофизических ситуаций было положено в начале 50-х годов академиками A.A. Скочин-ским и Г.А. Гамбурцевым в связи с задачами прогноза землетрясений и динамических явлений в шахтах. Основы применения метода АЭ для выяснения физики очага землетрясений развиты группой исследователей под руководством Ю.В. Ризниченко (Ризниченко и др., 1956);

- несмотря на многолетние исследования АЭ, существенная часть причинно-следственных отношений между АЭ и разрушением остается нераскрытой. Используются в основном легко интерпретируемые характеристики АЭ типа: величина импульса АЭ - размеры образовавшейся трещины; скорость появления событий АЭ - скорость разрушения и т.п.;

- отсутствие метрологических требований, обязательных для количественных измерений физических величин, строго говоря, не позволяет считать метод АЭ количественным. С другой стороны, представляется, что допустимо относить к количественным измерения в тех случаях, когда в исследовательских работах присутствуют и четко оговорены некоторые собственные методики измерений и калибровки аппаратуры по изучаемым параметрам сигналов АЭ (или используется только заводская аппаратура с нормированными характеристиками);

- в работах разных авторов нет однозначности в терминологии по параметрам АЭ, существуют разногласия и в понимании того или иного термина;

- требуется систематизация экспериментально установленных связей параметров АЭ с характеристиками разрушения, сопоставление их с аналогичными данными по сейсмичности.

Принятые нами определения большинства параметров АЭ отобраны по литературным источникам таким образом, чтобы они согласовывались по смыслу и звучанию с параметрами сейсмических сигналов. Введено новое понятие - "поток АЭ", уточнена формулировка и физическая сущность ряда других характеристик АЭ.

Проведенная систематизация данных по интерпретации параметров сигналов АЭ и результатам их практического изучения показала:

- помимо общности природы АЭ и сейсмичности очевидна трансмасштабность, пространственная и временная связь упругих сигналов с процессами разрушения, но для разных параметров АЭ проявляются эти свойства по-разному. Параметры, не отражающие специфику механизма источника излучения АЭ, признаны автоподобными на различных масштабных уровнях разрушения. Таким образом, они могут быть использованы на моделях крупных разломных зон, где природе уподобляется развитие разрывных структур, а не процессы генерации упругих волн. Прямым следствием динамики накопления поверхностей разрушения в моделях зон разломов различных морфологогене-тических типов являются функциональные изменения интенсивности, потока, амплитудных распределений АЭ;

- для экспериментального исследования влияния вида локальной разрушающей нагрузки на "тонкую" структуру единичного сигнала АЭ необходимо принятие определенной концепции механизма происходящих в момент излучения АЭ явлений и предположительных связей с ними описывающих импульс АЭ характеристик. Кроме того, важно оценить возможность практической применимости результатов экспериментов, совместимость существующих способов и техники обработки АЭ и сейсмосигналов, роль масштабного фактора.

В общих чертах излучение и формирование сейсмоакустических сигналов рассматривается нами как реакция среды на сброс упругих напряжений при разрывообразовании, играющий роль импульсного сигнала' воздействия (возбуждения) на среду как колебательную систему. Реакция среды определяется откликом среды и характеристиками импульса воздействия. Под откликом среды понимается проявление ее динамических свойств при воздействии сигнала в виде дельта-функции, имеющего широкий равномерный спектр. Сигнал возбуждения (этап вынужденных колебаний в очаге) представлен как импульс сложной, ступенчатой формы, спектр которого неравномерный, широкий, спадающий с ростом частоты. Ступенчатость следует из неравномерности скорости роста разрывов. Дальнейшее развитие наших взглядов на обсуждаемые явления изложено в 3 главе диссертации, где анализируются типы разрывообразования, сопровождаемые излучением единичного упругого сигнала.

Для изучения структуры единичных сигналов АЭ выбран частотно-полосовой способ анализа, известный в сейсмологии как ЧИСС-метод. Получаемые с его помощью текущие спектры и другие характеристики дают наиболее полную информацию об исследуемом сигнале в сравнении с прочими методами. Кроме того, Т.Г.Раутиан (1970) показана возможность определения ЧИСС-методом очагового спектра землетрясений, свободного от функции направленности, влияния среды распространения упругих волн, свойств сейсмостанций. Тем самым резко упрощаются задача применимости экспериментально

полученных результатов к анализу сейсмических сигналов и сами условия экспериментов.

Масштабный фактор оказывает влияние на частотно-временные характеристики сигналов, которое может быть оценено по эмпирическим данным.

Глава 2. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ МОДЕЛЕЙ ЗОН КРУПНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ РАЗЛОМОВ, ФОРМИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ ПРОДОЛЬНОГО СДВИГА (МОДЕЛЬ ЗОНЫ ТРАНСФОРМНОГО РАЗЛОМА) И РАСТЯЖЕНИЯ (МОДЕЛЬ РИФТОВОЙ ЗОНЫ)

В главе дано описание исследований сейсмоакустического режима моделей зон сдвига и растяжения. Излагается методика и результаты экспериментов.

В основе моделирования развития разрывных структур в зонах разломов лежит представление о пластичном поведении горных пород (сейсмическом течении (Ризниченко, 1976)) в масштабе времени их формирования - сотен тысяч и миллионов лет. При этом в качестве главного критерия подобия используется критерий Рейнольдса: pgLt/т] = idem (Шерман, 1985). Здесь: р - плотность; g - ускорение свободного падения; L - линейные размеры; t - время; ц - вязкость. В экспериментах данного типа признанным эквивалентным материалом вещества земной коры и литосферы являются глиняные пасты (Гзовский, 1975; Михайлова, 1971, и др.). Условия проведения наших опытов соответствуют рекомендованным в работе С.И. Шермана, С.А. Борнякова, В.Ю. Будцо (1983). Специальные исследования применимости использованной глиняной пасты в тектонических экспериментах выполнил К.Ж. Семинский (1986).

Экспериментальная установка создана по классическим для данных опытов схемам, когда перемещением штампа - подложки создаются необходимые деформации в глиняной пасте. К подвижному штампу подключен тензодинамометр, позволяющий регистрировать изменение нагрузки на модели при постоянной скорости ее деформирования 6 мм/мин. Вязкость пасты 105 Па-с. Модели формировались на рабочей части установки в виде прямоугольного слоя эквивалентного материала размерами 1000x350x20 для сдвиговых нагрузок и 600x500x20, 30, 40, 60 мм (варьировалась толщина слоя) для растяжения.

Акустическая эмиссия регистрировалась с центральных участков разломпых зон, в которые входили все основные структуры характерные, для типа изучаемого разлома. Так как воздух значительно лучше проводит упругие волны, чем паста глины, регистрация АЭ проводилась датчиком микрофонного типа. Датчик состоит из прецнзи-

онного конденсаторного микрофона МК102 и специального пенопластового футляра, в котором он размещен. В футляре имеется вырез в виде пирамиды, в вершине которого находится чувствительная головка микрофона, а основание ориентируется вдоль разломной зоны в 5 мм от нее. Эксперименты проводились в звукоизолированной комнате-камере с учетом множества технических нюансов, способствующих "чистоте" опытов. Для регистрации АЭ выбрана третьоктавная полоса частот со средней частотой 12,5 кГц, оптимальная по отношению "сигнал/шум". В работе задействовано большое число электроизмерительных приборов и другого оборудования. Проведены серии предварительных экспериментов, позволившие отработать и обосновать методику основных опытов.

По визуальным наблюдениям за состоянием структуры разрывов и характерным изменениям нагрузки на моделях выделены этапы и стадии разломообразования. Для зон сдвига и растяжения общие характеристики стадий соответствуют: I - равномерному росту нагрузки и отсутствию трещиноватости на модели; II - выполаживанию кривой "нагрузка-время" и иерархическому развитию сети мелких разрывов; III - спаду нагрузки и развитию магистрального разрыва; IV - уменьшению крутизны спада нагрузки и движению берегов магистрального разрыва относительно друг друга (при растяжении IV стадия не выделялась, т.к. опыты продолжались до потери контактов между берегами разрыва). В частных проявлениях кривые "нагрузка - время" и схемы развития сети разрывов существенно различны для зон разных типов. На III стадии, наиболее активной в плане излучения упругих волн, выделены этапы: 1 - образование связи по трещинам вдоль всей длины разлома; 2 - для сдвига - смятие и разрушение центров наибольшей раздробленности материала, для растяжения - формирование разрывов предмагистрального ранга; 3 - для сдвига - "притирка" берегов разрыва, для растяжения - разрушение перемычек между разрывами предмагистрального ранга. На кривой нагрузки границам этапов соответствует заметное изменение крутизны ее спада.

Со стадиями и этапами сопоставлялись данные, полученные при регистрации и анализе сигналов АЭ (Рис.1). Сейсмоакустический режим разломных зон представлен такими "автоподобными" на различных масштабных уровнях параметрами как активность (или интенсивность), поток, амплитудные распределения АЭ. "Поток АЭ" -введенная нами новая характеристика АЭ, полученная аппаратурным способом, соответствует физическому понятию "поток звуковой мощности". Функциональные изменения параметров АЭ во времени экспериментов отражены в графиках и гистограммах.

Проведено 6 опытов при нагружении продольного сдвига и 7 при растяжении. Показано, что процесс разломообразования в условиях продольного сдвига закономерен. Выделенные и описанные по наблю-

Рис.1. Изменения нагрузки на модели и интенсивности АЭ в процессе формирования зоны продольного сдвига.

а - кривая зависимости нагрузки F от времени Т; б - гистограмма интенсивности АЭ и осредняющая значения гистограммы пунктирная линия, полученная методом $урье-анализа по 7 гармоникам; с - увеличенная часть кривой F(T), отражающая особенности изменения нагрузки при ранговой перестройке мелкой трещиноватости на II стадии разломообразования.

I - IV - стадии развития зоны разлома.

1-3 - этапы III стадии.

Ip - IVp - ранги трещиноватости на II стадии.

Стрелками показаны границы стадий и этапов.

дениям за разрывами и характерным изменениям прочностных свойств модели этапы и стадии формирования сдвиговой зоны хорошо воспроизводятся при повторе экспериментов. Сейсмоакустическая активность зоны меняется во времени. Изменения эти носят сложный колебательный характер. Отмечено, что небольшой спад нагрузки на модели, вызванный некоторой потерей ее несущей способности в результате образования очередных разрывов, сопровождается всплеском активности АЭ. Данное наблюдение хорошо согласуется с интерпретацией параметров "активность АЭ", "интенсивность АЭ" как показателей скорости разрушения среды.

В целом, сейсмоакустическая активность зоны растет, начиная с момента зарождения на поверхности моделей разрывов и до образования связи по разрывам по всей длине модели. Затем следует спад активности. На протяжении всего времени формирования сдвигов отмечено несколько таких периодов роста и уменьшения общей активности зоны. Важно то, что экстремумы активности излучения упругих волн строго приурочены к выделенным нами этапам и стадиям разломо-образования и эта особенность повторяется от эксперимента к эксперименту. Так, первые три главных максимума излучения сигналов АЭ приходятся на стадию развития магистрального разрыва, преимущественно на конец одного - начало следующего этапов этой стадии. Дальнейшие периоды активизации АЭ связаны с особенностями движения берегов магистрального разрыва и также, как остальные, могут быть предсказаны по визуальным наблюдениям за состоянием модели.

Увеличение вязкости модельного материала приводит к доминированию второго максимума активности АЭ над остальными, не меняя его приуроченности. В экспериментах с неравномерным развитием участков зоны, попадающих в область регистрации датчика АЭ, наблюдается эффект "наложения" активности АЭ одного участка на АЭ другого с соответствующим временным сдвигом. Поведение АЭ каждого из этих участков (включающих в себя все основные структурные элементы сдвиговой зоны) подчиняется общим закономерностям.

Анализ амплитудных распределений сигналов АЭ дал следующий результат. Соотношение числа крупных сейсмоакустических событий к мелким (угол наклона графиков повторяемости) не имеет заметной тенденции к изменению на протяжении времени развития зоны. Постоянство угла наклона графиков повторяемости типично и для природных сейсмоактивных районов. Процесс разломообразования в условиях растяжения, как показывают эксперименты, подчиняется своим собственным закономерностям, отличным от наблюдаемых в условиях сдвиговой нагрузки. Иной, чем при сдвиге, качественный характер изменения нагрузки на модели, другая структура сети разрывов. "Поток АЭ", которым представлен сейсмоакустнческии режим зоны растяжения, как и прочностные и структурные характеристики модели, кон-

тролируется морфологогеиетическим типом разломообразования. Условия растяжения обуславливают следующую картину сейсмоакус-тического режима изучаемого процесса. Излучение сигналов АЭ начинает регистрироваться при появлении разрывов на поверхности модели и затем медленно растет. На границах стадий и этапов формирования зоны скорость роста потока АЭ, как правило увеличивается. Максимально активно зона излучает упругие волны на этапе формирования предмагистральных разрывов (2 этап III стадии), после которого происходит уменьшение потока АЭ. Варьирование масштабного фактора H (толщина модели) не меняет поведение режима АЭ в ходе экспериментов.

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ВИДА РАЗРУШАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ НА ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННУЮ СТРУКТУРУ ЕДИНИЧНОГО СИГНАЛА АЭ

В главе дан анализ процессов разрушения, являющихся вероятными источниками единичных (импульсных) сигналов АЭ, закончена отработка концепции механизма излучения и формирования структуры импульсов АЭ, начатая в первой главе, предложена авторская трактовка роли вида разрушающей нагрузки в механизме излучения АЭ. Приведена методика и результаты выполненных экспериментальных работ.

По результатам анализа литературных источников и собственным наблюдениям автора все разнообразие процессов разрушения, удовлетворяющих условиям излучения единичной АЭ, разделено на два основных типа: 1 - одноочаговый (трещина растет из локальной точки путем распространения ее фронта); 2 - мультиочаговый - генерирующий АЭ разрыв образуется путем лавинообразного слияния разрывов предшествующих рангов посредством прорыва перемычек между ними. Ситуация stick-slip аналогична последнему, если рассматривать в качестве перемычек зоны фрикционного сцепления берегов разрыва. Оба типа разрушения могут происходить на различных масштабных уровнях.

Наряду с представлениями о механизме генерации упругих волн при разрушении, высказанными в 1 главе, мы подошли к этапу вынужденных колебаний в источнике как суперпозиции элементарных актов АЭ - разрывов в масштабе элементарных площадок результирующего разрыва. Неравномерность временного распределения плотности элементарных событий и образует ступеньки импульса воздействия. Неравномерность скорости роста разрыва отражается в рельефе поверхности излома. Привлеченные фрактографические материалы показывают связь характеристик разрушения, в юм числе и вида разрушающей нагрузки (Солнцев, 1965, 1968), с элементами рельефа излома. Таким

образом осуществляется переход от связи вида нагрузки с характерными для нее элементами рельефа к связи с акустическим излучением ансамблей элементарных актов АЭ, "представляющих" названные элементы. Вклад этих ансамблей в общую структуру сигнала АЭ определяет информативную по отношению к виду нагрузки структурную компоненту. Так, в кратких чертах, выглядит логическая основа для проведенного экспериментального поиска проявлений вида нагрузки в структуре сигналов АЭ.

В экспериментах изучались сигналы АЭ одноочаговых разрывов. Выбранные нами образцы и виды нагрузки сходны с теми, что использовал С.С. Солнцев. Образцы - пластинки и стержни из оргстекла, стекла, мрамора, эбонита. Виды нагружения - изгиб, растяжение, кручение. Образцы закреплялись в тисках, установленных на массивной станине от пресса. Место разрывов задавалось надрезами. Разрушающее усилие передавалось на образец с постоянной скоростью 6 мм/мин через стальной тросик от исполнительного устройства. Приняты меры для устранения эффекта "струны" и гашения посторонних звуков. Датчик АЭ - микрофон МК202. Регистрировалась АЭ колебательной системы "образец - испытательное устройство", возбужденной разрывообразованием от заданного вида нагружения. Сигнал АЭ - Р волна от результирующего колебательного процесса в системе. В главе подчеркивается, что мы не стремились скопировать конкретную ситуацию в недрах Земли - это невозможно. Наша задача - установить факт искомого влияния и определить характер его проявления. Анализ сигналов АЭ - частотнополосовой, сходный с ЧИСС-способом. Основное преимущество последнего в том, что он позволяет отделить очаговые спектргшьные характеристики упругих сигналов от внесенных влиянием среды и свойствами сейсмостанций. Данное обстоятельство существенно упрощает как условия моделирования, так и последующее практическое использование результатов экспериментов в натурных исследованиях. Частотный диапазон регистрации АЭ - звуковой, выбран на основании работы С.Д. Виноградова (1976) и др. по соответствию размеров результирующего разрыва и его составляющих в масштабе наблюдаемых элементов излома частотам основного тона АЭ. Обработка АЭ осуществлялась комплексом измерительного и вычислительного оборудования. Данные по АЭ представлены совокупностями октавных и третьоктавных осциллограмм, третьоктавными спектрами максимальных эффективных значений звукового давления, результатами корреляционных вычислений между октавными сигналами АЭ и между спектрами этих сигналов. Проводился фрактогра-фический анализ изломов.

Выполнено более 200 опытов. Основные результаты:

2. Будцо В.Ю., Трусков В.А. Поля напряжений внутри модели при формировании среза // Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии. Новосибирск: Ин-т геологии и геофизики СО АН СССР, 1982. С.39-40.

3. Ружич В.В., Днепровский Ю.И., Саньков В.А., Трусков В.А. Разломные узлы, их распределение и роль в процессах деструкций земной коры Байкальской рифтовой зоны // Эксперимент и моделирование в геологических исследованиях. Новосибирск: Наука, 1984. С.88-105.

4. Трусков В.А., Шерман С.И. Применение метода АЭ при моделировании крупных разломов земной коры и литосферы // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. 4.2. Ростов-на-Дону: РГУ и СКНЦ. 1984. С.168-169.

5. Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Некоторые итоги исследования сейсмоактивных разломов в упруго-вязкой среде // Исследования по созданию научных основ прогноза землетрясений в Сибири (оперативная информация) Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1984. С.35-39.

6. Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Моделирование механизма образования сейсмоактивных разломов в упруго-вязкой-среде // Геология и геофизика, Новосибирск: Наука. 1985. № 10, С.9-19.

7. Трусков В.А. Сейсмоакустический режим моделей крупных тектонических разломов // Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии. Киев: Ин-т геофизики АН УССР. 1987. С.43-44.

8.Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Динамика развития глубинных разломов (тектонофизический анализ) // Земная кора и верхняя мантия Восточной Сибири. Иркутск: ВСФ СО АН СССР, 1987. С.100-108.

9. Шерман С.И., Борняков С.А., Будцо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Комплексное изучение динамики крупных разломов на упруго-вязких моделях // Исследования по поискам предвестников землетрясений в Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. С.9-21.

10. Трусков В.А. Разломообразование, разрушающая нагрузка и акустическая эмиссия в моделях зон крупных разломов // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород. Иркутск: ИЗК СО АН СССР. 1988. С.14-15.

11. Трусков В.А. Комплексное исследование закономерностей формирования крупной сдвиговой зоны (результаты моделирования) // Сдвиговые тектонические нарушения и их роль в образовании месторождений полезных ископаемых. Вып.1. Ленинград: Лен. горный ин-т. 1988. С.77-78.

12. Трусков В.А., Шерман С.И. Использование метода акустической эмиссии при моделировании сейсмичности разломов литосферы // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. Ростов-на-Дону: РГУ и СКНЦ, 1989. 4.2. С.153-159.

13. Трусков В.А. Влияние напряженно-деформированного состояния материала, предваряющего появление разрыва, на параметры сигнала акустической эмиссии // Тектонофизические аспекты разломооб-разования в литосфере. Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1990. С. 114-115.

14. Трусков В.А. Сейсмоакустический режим моделей трансформного разлома и рифтовой зоны // Экспериментальная тектоника и полевая тектонофизика. Киев: Наукова Думка, 1991. С.62-67.

15. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Лобацкая P.M., Адамович А.Н., Трусков В.А., Бабичев A.A. Разло-мообразование в литосфере. Зоны сдвига. Новосибирск: Наука, 1991. 262 с.

2. Будцо В.Ю., Трусков В.А. Поля напряжений внутри модели при формировании среза // Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии. Новосибирск: Ин-т геологии и геофизики СО АН СССР, 1982. С.39-40.

3. Ружич В.В., Днепровский Ю.И., Саньков В.А., Трусков В.А. Разломные узлы, их распределение и роль в процессах деструкций земной коры Байкальской рифтовой зоны // Эксперимент и моделирование в геологических исследованиях. Новосибирск: Наука, 1984. С.88-105.

4. Трусков В.А., Шерман С.И. Применение метода АЭ при моделировании крупных разломов земной коры и литосферы // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. 4.2. Ростов-на-Дону: РГУ и СКНЦ. 1984. С.168-169.

5. Шерман С.И., Борняков С.А., Будцо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Некоторые итоги исследования сейсмоактивных разломов в упруго-вязкой среде И Исследования по созданию научных основ прогноза землетрясений в Сибири (оперативная информация) Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1984. С.35-39.

6. Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Моделирование механизма образования сейсмоактивных разломов в упруго-вязкой-среде // Геология и геофизика, Новосибирск: Наука. 1985. № 10,С.9-19.

7. Трусков В.А. Сейсмоакустический режим моделей крупных тектонических разломов // Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии. Киев: Ин-т геофизики АН УССР. 1987. С.43-44.

8.Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Динамика развития глубинных разломов (тектонофизический анализ) // Земная кора и верхняя мантия Восточной Сибири. Иркутск: ВСФ СО АН СССР, 1987. С.100-108.

9. Шерман С.И., Борняков С.А., Будцо В.Ю., Трусков В.А., Бабичев A.A. Комплексное изучение динамики крупных разломов на упруго-вязких моделях // Исследования по поискам предвестников землетрясений в Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. С.9-21.

10. Трусков В.А. Разломообразование, разрушающая нагрузка и акустическая эмиссия в моделях зон крупных разломов // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород. Иркутск: ИЗК СО АН СССР. 1988. С.14-15.

11. Трусков В.А. Комплексное исследование закономерностей формирования крупной сдвиговой зоны (результаты моделирования) // Сдвиговые тектонические нарушения и их роль в образовании месторождений полезных ископаемых. Вып.1. Ленинград: Лен. горный ин-т. 1988. С.77-78.

12. Трусков В.А., Шерман С.И. Использование метода акустической эмиссии при моделировании сейсмичности разломов литосферы // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. Ростов-на-Дону: РГУ и СКНЦ, 1989. 4.2. C.I53-159.

13. Трусков В.А. Влияние напряженно-деформированного состояния материала, предваряющего появление разрыва, на параметры сигнала акустической эмиссии II Тектонофизические аспекты разломооб-разования в литосфере. Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1990. С. 114-115.

14. Трусков В.А. Сейсмоакустический режим моделей трансформного разлома и рифтовой зоны // Экспериментальная тектоника и полевая тектонофизика. Киев: Наукова Думка, 1991. С.62-67.

15. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Лобацкая P.M., Адамович А.Н., Трусков В.А., Бабичев A.A. Разло-мообразование в литосфере. Зоны сдвига. Новосибирск: Наука, 1991. 262 с.