Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Динамическое инициирование деформационных процессов в массиве горных пород

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Динамическое инициирование деформационных процессов в массиве горных пород"

На правах рукописи

Кулюкин Андрей Андреевич

ДИНАМИЧЕСКОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Специальность 25.00.10 —Геофизика Геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва-2008

Работа выполнена в Институте динамики геосфер Российской Академии Наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Кочарян Г Г

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук Турунтаев С Б

кандидат технических наук Новиков В А

Ведущая организация

Институт физики Земли имени О Ю Шмидта РАН

Защита состоится 15 мая 2008 г в 11 ч на заседании Диссертационного совета Д002 050.01 в Институте динамики геосфер РАН по адресу 119334, г Москва, Ленинский проспект, 38, корп 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИДГ РАН

Автореферат разослан « Д-» апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат физ-мат наук

Рыбаков В А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Проблема инициирования деформационных процессов в земной коре низкоамплитудными воздействиями является одной из важных и актуальных задач геофизики и геомеханики Деформационные процессы, инициируемые «извне», имеют различный характер, включая как динамические события, так и постепенное изменение режима деформирования в результате длительного накопления малых возмущений Проявления подобных событий достаточно разнообразны - землетрясения, оползни и сели, горные удары, обрушения выработок, подвижки подработанных объемов горной породы, разрушения инженерных сооружений и т п, но наибольшее количество сведений об инициировании деформационных процессов, либо о резком изменении скорости последних, накоплено в сейсмологии

Происходящее в последние годы качественное изменение поступающей сейсмологической информации (увеличение плотности сейсмических сетей и динамического диапазона аппаратуры, внедрение цифровых методов регистрации и т д ) во многом изменяет существовавшие ранее представления как о диапазоне расстояний, на которых необходимо учитывать взаимное влияние деформационных процессов, так и о возможных механизмах их инициирования Стало ясным, что отдельный класс «триггерных» явлений представляет собой инициирование деформационных событий низкоамплитудными динамическими импульсами такими, как волны от удаленных землетрясений, взрывов, вибрационных воздействий и т д Несмотря на то, что в настоящее время накоплено большое количество свидетельств такого «динамического» инициирования, физический механизм реакции среды на подобные низкоамплитудные возмущения до сих пор неясен Одной из причин подобного положения дел является то обстоятельство, что механика формирования дифференциальных движений вдоль межблоковых границ под воздействием слабых возмущений исследована недостаточно

В последние годы в ИДГ РАН выполнены исследования динамики деформирования природных и модельных нарушений сплошности массива горных пород и на их основе предложена новая модель межблоковых промежутков Это создает основу для решения актуальной задачи исследования закономерностей динамики накопления деформаций и разрядки напряжений под действием малых возмущений

Целью настоящей работы является разработка геомеханической модели инициирования деформационных процессов в земной коре низкоамплитудными динамическими импульсами на основе интерпретации с единых позиций (нелинейная модель деформирования нарушений сплошности) результатов выполненных лабораторных экспериментов, аналитических оценок, численных расчетов и опубликованных данных натурных измерений

Задачи исследований

• Проанализировать имеющиеся факты инициирования деформационных процессов в земной коре сейсмическими колебаниями малой амплитуды и сформулировать основные закономерности, наблюдаемые в природе

• Исследовать в лабораторных экспериментах закономерности формирования остаточных перемещений и накопления деформаций в блочной среде под действием слабых возмущений,

• Выявить основные факторы, определяющие механику процесса и определить параметры ответственные за реализацию различных режимов деформирования,

• Разработать феноменологическую и расчетную модели процесса инициирования и накопления деформаций на межблоковых границах,

• Сопоставить результаты оценок и расчетов по модели с основными закономерностями, наблюдаемыми в природе

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается значительным объемом экспериментальных исследований, применением апробированных методов измерения и регистрации исследуемых параметров, тщательным анализом ранее опубликованных материалов, сопоставлением полученных данных с существующими представлениями, результатами численных расчетов и аналитическими оценками Научная новизна работы заключается в следующем.

• Обобщение большого количества опубликованных данных позволило сформулировать основные эмпирические закономерности процесса динамического инициирования деформационных процессов, наблюдаемые в природе

• В лабораторных экспериментах исследована механика процесса накопления деформаций на границе между блоками под действием вибраций и выявлены основные параметры, ответственные за реализацию различных режимов деформирования

• На основании проведенных исследований разработана новая модель, описывающая процесс накопления межблоковых деформаций на напряженном контакте при динамических воздействиях

Личный вклад автора

В ходе обучения в магистратуре и аспирантуре МФШ автор принимал непосредственное участие

• в подборе, структурировании, анализе и обобщении опубликованных фактов инициирования деформационных процессов в земной коре малыми возмущениями,

• в проведении лабораторных экспериментов и разработке программного обеспечения для обработки полученных результатов,

• в проведении численных расчетов и аналитических оценок,

• в разработке и тестировании модели инициирования деформационных процессов в земной коре низкоамплитудными динамическими импульсами

Практическая ценность работы

Выполненные исследования позволили сделать принципиальный вывод о том, что явление дистанционного изменения режима деформирования довольно регулярно наблюдается в природе Развитые в диссертации основы новой модели, описывающей процесс накопления деформаций в межблоковых зонах под действием динамических возмущений, могут быть использованы при постановке и проведении фундаментальных и прикладных работ, направленных на разработку технологий снижения ущерба от природных и техногенных катастрофических событий На защиту выносится:

• Установленные эмпирически пространственно-временные характеристики процесса динамического инициирования крупномасштабных деформационных процессов в земной коре,

• Обнаруженные закономерности формирования остаточных деформаций при взаимодействии динамического импульса с нарушением сплошности массива горных пород,

• Феноменологическая модель процесса инициирования и накопления деформаций на межблоковых границах,

• Результаты оценок макроскопических параметров процесса инициирования динамических событий разного иерархического уровня

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 145 страницах, включая 78 рисунков и список литературы из 190 наименований

Апробация работы

Работа выполнена в рамках обучения в очной аспирантуре Московского Физико-технического института на кафедре «Геофизики сильных возмущений»

Основные положения работы докладывались на семинарах ИДГ РАН (2005, 2007, 2008 гг), VII международной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород", конференциях МФТИ XLV, XLVI, XLVII, XLIX (2002, 2003, 2004, 2006 гг), семинарах «Геофизика и геомеханика» Института геофизики СО РАН под

руководством академика С В Гольдина (2005г, 2006г) Материалы диссертации опубликованы в 7 научных статьях

Исследования выполнялись при поддержке РФФИ (гранты №№ 01-05-64317, 04-05-65027, 07-05-00474)

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю дф-мн Г Г Кочаряну за постоянное внимание к работе, к ф -м н Д В Павлову и к ф -м н В К Маркову за помощь в проведении экспериментов и обсуждении их результатов, а также всем сотрудникам лаборатории деформационных процессов в земной коре ИДГ РАН за содействие на разных стадиях выполнения работы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, сформулированы задачи работы, положения, выносимые на защиту, новизна результатов, полученных в диссертации, описана ее структура

В первом разделе диссертации проведен анализ имеющихся данных об инициировании деформационных процессов динамическими и квазистатическими возмущениями напряженно-деформированного состояния массива горных пород

Рассмотрены примеры инициирования динамических событий в различных регионах Приведен обзор результатов лабораторных и полевых исследований процессов возникновения нестабильности и основных существующих моделей инициирования деформационных процессов

Понятие «инициированного» события определяется на основании следующего подхода Если изменения напряженно-деформированного состояния рассматриваемого участка горного массива происходят в результате некоторого детерминированного процесса, то обычно говорят о нормальной эволюции процесса деформирования В сейсмологии такой «нормальный» эволюционный процесс обычно называют сейсмическим режимом Если же в результате некоторого более или менее кратковременного воздействия происходит событие, которое иначе не могло бы произойти или произошло бы существенно позже, то можно говорить об инициировании (tnggenng) деформационного процесса

К ранним работам, в которых рассматривались эффекты инициирования можно отнести пионерские статьи HJMelosh (1979), МА Садовского с соавторами (1981), А В Николаева (1991), и др

Несколькими группами исследователей проводилось лабораторное изучение процесса инициирования динамической неустойчивости (ГА Соболев, А В Пономарев, Г Г Кочарян, Д В Павлов, XJia, Р Johnson, С Marone и dp) Значительное увеличение интенсивности

акустической эмиссии в образце при воздействии акустическими и электромагнитными импульсами при приближении внешних нагрузок к предельным величинам было обнаружено для различных геоматериалов (АААвагимов, JIM Богомолов, ВАЗейгарник, В А Новиков, А В Пономарев, ГА Соболев идр )

Учеными Сибирского отделения РАН (НЛДобрецов, СГПсахье, ВВРужич, ЕВШилько и dp) проводилось изучение динамики движений в зонах активных разломов и на ледовом покрове оз Байкал, а также численное моделирование процесса

Наибольшее количество натурных экспериментальных данных накоплено при проведении сейсмологических наблюдений

Рассматривая взаимодействие деформационных процессов, обычно рассматривают три отдельные моды - статическую, квазистатическую и динамическую

Закономерности локальных флукгуаций напряженного состояния горного массива могут быть обусловлены многими причинами и исследованы в работах различных авторов, например ВВАдушкина, JIА Назарова, ЛА Назаровой, В H Опарина, АФРевуженко, С Б Стажевского, С Б Турунтаева, С Л Юнги, Е И Шемякина, S Das, С H Scholz, J С Savage, M Manga, E E Brodsky и dp

Влияние изменения поля статических наряжений, вызванных одним землетрясением, на последующие динамические события исследовано во многих работах (SDas, С H Scholz, R A Hams, GCPKing, MCocco, RSStein, MLisowsh, D Kilb, D P Hill, MDZoback и dp) Поскольку статические напряжения спадают довольно быстро (~D~3, где D - расстояние от эпицентра) их «инициирующий потенциал» обычно ограничивается одним - двумя размерами источника «Мгновенное» изменение Кулоновских напряжений непосредственно не в состоянии объяснить изменения инициированной сейсмичности со временем Для того чтобы объяснить подобные эффекты, в статическую модель интегрируют более сложные закономерности трения, зависящего от скорости и перемещения (J Gomberg, S Toda, R S Stein идр)

Предположение, что поле напряжений продолжает эволюционировать благодаря вязкой релаксации теплой нижней коры или верхней мантии, позволяет дать объяснение эффекту довольно значительных задержек по времени, регулярно наблюдаемых для инициируемых событий (FFPollitz, IS Sacks, RA Harris, RW Simpson, A M Freed, J Lin) Вязкоупругая релаксация после крупных коровых землетрясений в значительной степени ограничена нижней корой и астеносферой так, что изменения квазистатических напряжений распространяются как в случае плоского напряженного состояния ~D"2 Поэтому их «инициирующий потенциал» распространяется на большие расстояния, чем в статической модели Вязкоупругий перенос напряжений требует рассмотрения весьма больших времен и

расстояний, что затрудняет выявление взаимосвязи между событиями и отделения тех, которые инициированы рассматриваемым процессом, от общего фона или множества событий, инициированных другими процессами

Ключевыми экспериментальными фактами, полученными в последнее время, являются убедительные доказательства инициирования динамических событий на расстояниях в сотни и тысячи километров (например, JGomberg, Р Johnson, EEBrodsky, SGPrejean, DP Hill и dp) Изменения поля напряжений, обусловленные статическим и квазистатическим механизмом, на таких расстояниях от эпицентра настолько малы, что не могут являться причиной, вызывающей какие-либо изменения сейсмического режима На больших расстояниях в качестве инициирующей причины на первый план выходят динамические напряжения

Ранние публикации по динамическому инициированию были, главным образом, связаны с исследованиями возможности инициирования землетрясений ядерными взрывами (iCEmiliani, А В Николаев, ГМВерещагина, НТ Тарасов, HB Тарасова и др) Поскольку статистическая значимость этих данных во многих случаях недостаточна, то, в отличие от зоны вблизи эпицентра, где ПЯВ, подобно землетрясениям, несомненно, вызывают афтершоковую активность (ВВАдушкин, ААСпивак, PGRichards, GEkstroem и dp), убедительных доказательств влияния удаленных ПЯВ на сейсмический режим так и не было представлено

В диссертации проанализирован значительный объем публикаций, содержащих сведения о динамически инициированной сейсмичности (DPHill, JGomberg, SNava, EGlowacka, SGPrejean, SE Hough, DKilb и dp) По результатам обобщения сформулированы основные закономерности проявлений сейсмичности, инициированной колебаниями от удаленных землетрясений

• Максимальные амплитуды скорости колебаний грунта, инициирующих динамические события, изменяются в довольно широком диапазоне - от 0 1 до 10см/с

• Задержки между временем прихода сейсмических волн и инициированным событием изменяются от секунд до недель и более

• Продолжительность динамически инициированной сейсмичности изменяется от нескольких минут до нескольких недель

• В тех случаях, где на участках, проявивших инициированную сейсмичность, проводились деформационные наблюдения, неизменно регистрировались деформации, нараставшие со скоростями на порядки превышавшими фоновые значения

Хотя, по мере накопления экспериментального материала в опубликованных работах появляется все больше моделей, направленных на объяснение наблюдаемых эффектов

(СМагопе, ЗвотЪег& НЗРефШт, БРНШ, ЕЕВгоскку, ММаща, JEElkhoury и др), общепризнано, что физическая природа инициирования деформационных процессов слабыми динамическими импульсами пока не ясна

Второй раздел посвящен методическим вопросам На основе выполненного анализа структурных и деформационных характеристик природных нарушений сплошности выбраны методики проведения экспериментов и аппаратурно-измерительный комплекс, соответствующие задачам, поставленным в диссертации

Основной целью лабораторных экспериментов, которые проводились в рамках настоящей работы, являлось исследование закономерностей формирования остаточных перемещений и накопления деформаций в блочной среде под действием слабых возмущений Поэтому, при выборе методики проведения исследований, необходимо было, с одной стороны, создать достаточно простую модель межблокового контакта, отражающую основные закономерности деформационного поведения, наблюдающиеся в натуре, а с другой стороны, обеспечить возможность осуществления контролируемого динамического воздействия на межблоковый контакт

В качестве объекта исследования была использована система блоков, нагруженная фиксированными статическими усилиями, которая подвергалась динамическому воздействию колебаний малой амплитуды Упругие характеристики блоков, изготовленных из специально подобранного материала близки к соответствующим параметрам скальных пород Между блоками в опытах находился слой зернистого заполнителя толщиной около 2мм, в некоторых опытах слой заполнителя заменялся тефлоновой пластинкой той же толщины (рис 1)

Эксперименты проводились по следующей схеме После приложения к блоку нормальных и сдвиговых усилий, его положение относительно основания стабилизировалось в соответствии с реологической кривой напряжение-деформация Далее ударами стального шара в основании возбуждались колебания, под действием которых блок перемещался относительно последнего

Опустив здесь подробное описание измерительной аппаратуры, отметим, что была обеспечена возможность регистрации смещений блока относительно основания с точностью

*

Рис 1 Схема установки

1 - неподвижное основание,

2 - подвижный блок, 3 - ударник, 4 -акселерометр, 5,6- датчики перемещения

О 1 мкм в полосе частот воздействия 0-10кГц Максимальная амплитуда относительного перемещения блоков в экспериментах достигала 10мм

В ходе деформирования, путем измерения параметров колебаний контролировалось изменение нормальной к„ и сдвиговой к5 жесткостей межблоковой границы

к„ = <1ап/сПГп , к, = й?г/сЛГ8 (1)

где стп и т„ - нормальные и сдвиговые эффективные напряжения, действующие в окрестности нарушения, aWnиW1 относительное нормальное и сдвиговое перемещение его берегов

Эти параметры, намного более чувствительные к изменениям деформационных свойств нарушений сплошности, чем эффективная скорость звука в трещине (жесткость пропорциональна квадрату скорости распространения волн), рассчитывались из отношения максимальных амплитуд скоростей смещений, измеренных в окрестности нарушения, с учетом временных характеристик колебаний

При постановке лабораторных экспериментов методически важно отразить, хотя бы качественно, те свойства нарушений сплошности, которые могут оказать определяющее влияние на механическое поведение модели

Проведенный анализ данных о структурных особенностях природных разломных зон показывает, что при тех амплитудах относительного перемещения блоков, которые рассматриваются в настоящей работе, эффектами, связанными с волнистостью и шероховатостью берегов разлома можно пренебречь

Деформационные свойства нарушений сплошности обычно характеризуют реологической зависимостью напряжение-перемещение, выделяя следующие участки квазиупругий, квазипластический, разупрочнения и остаточной прочности Упругий участок ветви нагрузки реологической кривой напряжение-перемещение, в предположении независимости сдвиговой жесткости кх от перемещения и, иногда аппроксимируется линейной зависимостью

Исследования деформационных свойств натурных разломных зон и искусственных трещин, проведенные в ИДГ РАН в последние годы, показали, что для природных нарушений сплошности характерна нелинейность зависимости напряжение-перемещение вплоть до чрезвычайно малых относительных деформаций (~10"7-10'9), причем измеренные значения жесткости, как трещин, так и крупных разломных зон снижаются с ростом амплитуды воздействия

Значительное влияние на режим деформирования горного массива может иметь изменение со временем деформационных и прочностных характеристик нарушений сплошности или эффекты нарушения и залечивания разломов и трещин Ранее под залечиванием нарушений традиционно понимали процессы длительного увеличения

эффективной прочности разломов под воздействием процессов массопереноса -минерализации, окварцевания и подобных Однако полевые исследования последних лет Г б ,/£ ~Ук1а1е и др показали, что отчетливо выявляются эффекты достаточно быстрого изменения деформационных характеристик нарушений сплошности за месяцы-годы Речь идет о локальных изменениях, не превышающих 10-15% предельной прочности контактов Однако такие изменения могут оказывать радикальное влияние на пространственно-временные распределения динамических проявлений напряженно-деформированного состояния горных пород

Использованные измерительные методики подробно описаны в тексте диссертации В третьем разделе приведены результаты лабораторных экспериментов, в которых были выполнены исследования характеристик модельных межблоковых контактов и изучены закономерности формирования остаточных деформаций при распространении динамического импульса в напряженной блочной среде

Для исследования интегральных деформационных характеристик модели нарушения сплошности строились диаграммы сдвиговое усилие - сдвиговое перемещение при разной скорости нагружения Опыты проводились, как правило, при постоянной нормальной нагрузке В разных сериях опытов сдвиговая нагрузка Т7,. изменялась либо дискретным образом - посредством ступенчатого увеличения нагрузки через равные интервалы времени, либо непрерывно Сдвиговое усилие последовательно увеличивалось вплоть до возникновения скольжения Перемещение и в направлении скольжения ограничивалось специальным упором Затем образец разгружался, и процесс повторяли Таким образом, была обеспечена возможность для анализа поведения запредельной ветви кривой «напряжение-деформация»

Анализ результатов опытов показывает, что модельные контакты обладают набором свойств, характерным для природных нарушений сплошности К таким свойствам относятся нелинейность зависимости напряжение-деформация, изменение характеристик контакта со временем, влияние истории нагружения на закономерности деформирования

Зависимости Р\(и) имеют вид типичный для нарушений сплошности в горных породах с сильной зависимостью сдвиговой жесткости контакта от напряженно-деформированного состояния На рис 2 приведены зависимости величины сдвиговой жесткости от приложенного сдвигового усилия на контакте для различных межблоковых заполнителей, нормированные на начальные значения Наиболее быстрое снижение эффективной жесткости наблюдается для контакта, заполненного корундом (средний размер зерна ~28мкм) Дву1фатное снижение жесткости контакта, заполненного песком, наблюдается уже

при перемещениях около 20-30мкм, то есть при величине межблокового перемещения на порядок меньше характерного размера песчинки

В экспериментах обнаружен важный эффект увеличеяия эффективной жесткости контакта при ^ 01 циклическом нагружении В эксперименте с квазистатическим нагружением контакта при частичном снятии и повторном приложении нагрузки величина жесткости нагружения вплотную приближается к жесткости разгрузки В

оо-

• ""I-г

ю

Усилие, кг

ГГГ| 100

80-1

экспериментах с динамическим воздействием на Рис2 Зависимости величины сдвиговой

,,„т____ _____ ,,„„„„„„„„„ „„-„..,__„„,. „________ жесткости от приложенного сдвигового

контакт эффект увеличения жесткости выражен г

г усилия дня контактов различных типов

слабее, но отчетливо прослеживается для нескольких последовательных циклов воздействия

Анализ результатов, получаемых в продолжительных экспериментах, показал, что необходимо учитывать эффекты изменения свойств контакта блоков с течением времени Как сдвиговая прочность , так и жесткость модельных контактов продемонстрировали характерную для фрикционного взаимодействия

логарифмическую зависимость от времени системы

г

40 80 120 160 200 Межблоковое смещение, мкм состоянии

в стационарном

(1+021ё(1 + 0), (2)

Рис 3 Изменение нормальной жесткости контакта заполненного песком, в ходе накопления межблокового перемещения В положении, где _ начальная величина прочности, а Р,. -показанном стрелкой, система выдерживалась в

стационарном состоянии, около 70 часов текущее значение через время X, выраженное в

часах

Характеристики нарушений сплошности изменяются не только от времени, но и в процессе накопления межблоковой деформации При этом важную роль играет скорость деформации

При высокой скорости деформации значительное снижение жесткости происходит уже при перемещениях порядка 30-50мкм (рис 3), что на порядок меньше диаметра песчинки, а затем, по мере роста перемещения, эффективные характеристики контакта снижаются

довольно плавно. Из данных рис 3 можно видеть, что в результате пребывания в стационарном положении жесткость системы резко возросла, однако после возобновления деформирования величина жесткости достаточно быстро (при перемещении на 20-30мкм) вернулась на уровень, достигнутый в результате предащущего деформационного процесса

Специальная серия экспериментов показала, что существует характерное значение скорости межблокового перемещения Уд-О 05-0 1 мкм/мин (25-50мм/год), при котором свойства контакта остаются практически неизменными Выполненный анализ результатов натурных измерений показывает, что на тех участках разломных зон, где скорость смещения превышает 5-7мм/год, плотность как мелких, так и значительных событий быстро снижается, и при Уо>25мм/год динамические события становятся достаточно редкими Это может означаясь, что при таких скоростях деформации не происходит упрочнения нарушения сплошности, что приводит к возможности реализации региональной или техногенной деформации в виде асейсмического крипа

В основной серии опытов исследовалась динамика формирования остаточных перемещений После приложения к подвижному блоку (см рис 1) нормальных Р„ и сдвиговых Рэ усилий, когда положение блока стабилизировалось в соответствии с реологической кривой, в стержне ударами стальных шаров возбуждались колебания, под действием которых блок постепенно перемещался относительно основания Амплитуда колебаний варьировалась в опытах от 0 2см/с до 4см/с

На рис 4 показаны эпюры перемещений, зарегистрированные при различных значениях статических сдвиговых усилий на контакте При отсутствии постоянной сдвигающей нагрузки, прохождение колебаний по основанию не вызывает возникновения остаточных смещений подвижного блока (линия 1) В тоже время, при наличии касательного усилия всего в 5% от сдвиговой прочности, отчетливо наблюдается процесс неупругого смещения блока относительно стержня (линия 2) Подчеркнем, что знак остаточного перемещения не зависит от направления распространения волны и совпадает с направлением приложенной сдвиговой нагрузки

На начальном этапе кривые 3 и 4 практически совпадают (рис 4а,б), однако, начиная с момента времени /~4мс зависимости резко расходятся Если при значении Рх=0 5Рр положение блока стабилизируется, то при нагрузке близкой к предельной, скорость блока, после достижения перемещения порядка 5-6 мкм, начинает возрастать при неизменном уровне сдвиговой нагрузки, что, очевидно, означает постепенное снижение уровня сопротивления сдвигу вдоль межблокового контакта

Рис.4 Эпюры межблоковых перемещений при различных значениях отношения сдвигового усилия к прочности контакта /у7у--0 (1); 0.05 (2); 0.5 (3); 0.99 (4). а) полная запись; б) начальный участок.

Анализ динамических диаграмм напряжение-деформация, построенных по результатам измерений показывает, что сдвиговая жесткость контакта при нагружении резко снижается в процессе нарастания амплитуды воздействия. При этом жесткость контакта при разгрузке остается постоянной и соответствует величине к1 при малых деформациях. Это позволяет заключить, что закономерности формирования остаточных деформаций при взаимодействии динамического импульса с нарушением сплошности определяются именно нелинейным видом диаграмм напряжение-деформация, который, характерен для всех типов нарушений сплошности массивов горных пород. На ненагруженном внешними касательными усилиями контакте гистерезисные «петли» диаграммы т-и остаются, как правило, «замкнутыми», определяя неупругие потери при циклическом деформировании. При наличии же поля внешних сил проявляется направленность процесса - происходит накопление остаточных деформаций. Подобный процесс хорошо известен в теории усталостного разрушения металлов.

Детальный анализ записей межблокового перемещения показывает, что часть интегрального межблокового смещения набирается непосредственно в момент приложения динамической нагрузки, однако, при приближении к пределу прочности контакта, наблюдается достаточно длительное движение блока, иногда во много раз превышающее по времени длительность колебательного процесса. Таким образом, можно заключить, что кратковременное динамическое воздействие в напряженной блочной среде инициирует медленный деформационный процесс, вклад которого в интегральную величину накопленной деформации может быть весьма значителен. Соотношение амплитуд динамического и медленного перемещения определяются напряженно-деформированным

состоянием контакта Если на слабо напряженных контактах превалирует динамическая компонента, то, по мере приближения статической касательной нагрузки на контакте к пределу прочности на сдвиг, амплитуда медленного движения может намного превысить величину инициирующего динамического перемещения (рис 5)

Ют,

01 -

п-'—г

О 02 04 06 08 1 Приведенная сдвиговая нагрузка

Рис 5 Величина межблоковых перемещений достигнутых за 0 03с (1) и 30 с (2) в зависимости от приложенной сдвиговой нагрузки Величина сдвиговой нагрузки нормирована на предел прочности контакта

001

1000

1001

■10

1

ГП7Т|-ГПГТТПТТ)-1 I I ММ!|-1 I I 11111 -

10 100 1000 10000 Время, МИН

Рис 6 Зависимость средней скорости (1, 2) и амплитуды (3, 4) межблокового перемещения от времени Вибровоздействие осуществлялось на участках, показанных значками 2 и линиями 4

На рис 6 показана зависимость амплитуды и средней скорости межблокового перемещения от времени в эксперименте, где контакт периодически подвергался вибрационному воздействию малой интенсивности Можно видеть, что при включении ударника скорость деформации контакта резко возрастает по сравнению с фоновой

Если скорость накопления деформации под воздействием динамических возмущений оказывается настолько высокой, чтобы превалировать над процессом залечивания, то при определенном накопленном перемещении уровень сопротивления сдвигу начинает снижаться с ростом смещения и скорости смещения, что может привести к возникновению динамической неустойчивости В наших опытах динамической неустойчивости соответствовало возникновение скольжения Величина «критического смещения» Ос -межблокового перемещения, при котором наблюдается динамический срыв, не зависит от амплитуды воздействия, а определяется лишь свойствами контакта и его напря-женно-деформированным состоянием - величиной отношения ^УР},

На рис 7 приведено сопоставление значений Ос для двух различных типов контактов с реологической кривой напряжение-деформация, полученной в ходе опытов с квазистатическим нагружением Несмотря на разброс, полученные в динамических экспериментах величины в целом соответствуют результатам, полученным в ходе

1000

Рис 7 Сопоставление «критических значений перемещения Д. (значки) с реологической кривой напряжение-деформация (линия) Параметры перемещения нормированы на значение предельного перемещения % при котором достигается максимальная прочность контакта

Треугольники - тефлон-гипосульфит, кружки - песок-гипосульфит

статических испытаний Режим скоростного разупрочнения, приводящий к возникновению динамической неустойчивости, наступает после того, как напряженно-деформированное состояние контакта достигнет «спадающей ветви» реологической зависимости

Таким образом, вибрационное воздействие может приводить к накоплению остаточных перемещений и, соответственно, к увеличению средней скорости деформации, по сравнению с фоновыми значениями Эффект

последовательного увеличения жесткости контакта при многократных циклах нагрузка-разгрузка со временем может стать причиной затухания процесса При больших кумулятивных перемещениях со значительной скоростью,

напротив, может быть достигнут эффект возникновения динамической неустойчивости Необходимым условием этого является превышение касательными напряжениями уровня остаточной прочности трещины

В четвертом разделе на основе анализа результатов лабораторных экспериментов и натурных измерений предложены феноменологическая и расчетная модели процессов инициирования и накопления деформаций на межблоковых границах Приводятся оценки характерных параметров задачи и сравнение некоторых результатов расчета с данными натурных измерений

Результаты, полученные в предыдущих разделах работы, позволяют сформулировать основные положения предлагаемой модели

• Макроскопическим критерием возникновения неустойчивости является достижение напряженно-деформированным состоянием контакта «запредельной ветви» реологической зависимости

• Взаимодействие динамического импульса с нарушением сплошности в напряженной среде может привести к возникновению остаточного межблокового перемещения из-за нелинейности соотношений т-и, которое складывается из динамической и медленной составляющей

Возможность накопления необратимых деформаций при циклическом воздействии

• Последовательное увеличение жесткости контакта при многократном воздействии приводит к «привыканию» среды к уровню динамической нагрузки, поэтому порогом эффективного воздействия является амплитуда, превышающая уровень микросейсмического фона в соответствующем диапазоне частот

• Из-за существенного вклада постдинамического движения в напряженной среде может наблюдаться задержка проявления динамических событий по отношению к времени воздействия

Исследованы особенности основных стадий процесса деформирования межблокового контакта

Рассмотрена микромеханическая модель контактного взаимодействия частиц заполнителя трещины или шероховатостей берегов Исследованы различные варианты распределения напряженно-деформированного состояния микроконтактов Показано, что для наилучшего согласия расчетной схемы с экспериментом необходимо учитывать, что значительная часть контактов приходит в соприкосновение в процессе приложения нормальной нагрузки Предложенная схема объясняет характерный вид реологической кривой с нелинейной ветвью нагрузки и наблюдаемое увеличение жесткости контакта при циклической нагрузке

Рассмотрены модели динамической и постдинамической стадий формирования остаточных межблоковых перемещений

Для оценки «динамической» составляющей перемещения Да , предложено соотношение

А,-а» (3)

Ко Ч"+\)

где 7Я - максимальная скорость смещения в волне, и - количество основных циклов в волновом пакете, С* - скорость распространения поперечных волн, кл - значение жесткости трещины при е—>0, т - определяемый экспериментально показатель степени (т~0 5), а К -характерное значение массовой скорости (К.~10"1-10~4см/с)> коэффициент а<1, зависит от напряженного состояния контакта В модельных экспериментах параметр а изменялся от 0 04 при т/ср ~0 5 до 0 8 при ~0 99 По некоторым оценкам, для природных объектов этот множитель может быть на один два порядка меньше а~ 10"3-10"2

Исследована механика возникновения медленных межблоковых перемещений, инициированных динамическими событиями

Аналитическое решение задачи об относительном движении двух недеформируемых блоков, разделенных прослойкой с заданной реологией, сопоставлено с результатами

модельных опытов и данными наблюдений за постсейсмическими деформациями в различных регионах Показано, что зависимость величины кумулятивного перемещения от времени в общем случае определяется соотношением

а

1-

1 + 0-а)-

(4)

где Уо - скорость относительного смещения блоков после прохождения волнового пакета, а т - характерное время Определяя параметр а по результатам наилучшего приближения экспериментальных данных, можно судить о вероятности реализации того или иного механизма постдинамического перемещения Так при а-*0 асимптотикой выражения (4) являются соответствующие соотношения для фрикционной реологии, а при а—>1, уравнение (4) переходит в соотношение для вязкой жидкости

При постепенном изменении напряженно-деформированного состояния массива асимптотика зависимости перемещения от времени близка к закономерностям квазипластического течения, а при резком изменении скорости деформирования характер межблоковых перемещений чаще всего определяется закономерностями изменения силы трения в процессе сдвига

На рис 8 приведены результаты обработки записи струнного деформографа, установленного на крупной тектонической трещине при проведении массового взрыва Анализ показывает, что деформационный процесс в первые минуты после проведения взрыва имеет вид, характерный для фрикционной реологии контакта (рис 86), а впоследствии «включается» механизм квзипластического течения Последний эффект, скорее всего, связан с перераспределением напряжений в массиве в результате отбойки крупного объема породы

1-, г

2 4 6

Время, мин

Рис 8 Результаты обработки записи струнного деформографа, установленного на тектоническом нарушении при проведении массового взрыва на Кировском руднике 1- экспериментальные данные, полученные путем оцифровки эпюр, приведенных в работе [Кондратьев 1996\ 2 - аппроксимация экспериментальных данных зависимостью (4)

а - полная запись, а= 0,96, коэффициент корреляции Д=0,97, б - начальный участок записи я=0,05, /И),93 Время на рис а и б отсчигавается от разных моментов

В напряженной блочной среде величина медленных постдинамических межблоковых перемещений может оказаться довольно значительной по сравнению с амплитудой волны деформаций

В работе проводится построение расчетной модели эффекта достижение напряженным межблоковым контактом предельного состояния под действием циклической нагрузки Модель построена на основе предлагаемого феноменологического подхода. При этом была предпринята попытка учесть основные физические эффекты, наблюдаемые в эксперименте, тогда как аналитический вид конкретных деформационных соотношений, на базе которых строится модель, не имеет принципиального значения и может быть уточнен в дальнейшем Так ветвь нагрузки реологической зависимости принята в виде

^о ир

а(п) +1

а запредельный участок описывается соотношением

1-0-—) ир

(5)

г = 05 тр

1 + ехр(|(1--) V 3 иР )

В соотношении (5) аргументом функции а(п) является номер колебания п в волновом пакете Эта функция учитывает эффект увеличения жесткости контакта при повторном нагружении

Пример расчета циклического нагружения контакта динамическим импульсом вида Р = А в1п(й> 0 (А<< тр ) показан на рис 9

В результате многократного динамического воздействия точка, соответствующая напряженно-деформированному состоянию контакта в текущий момент времени, перемещается вдоль оси абсцисс При больших кумулятивных перемещениях (и>ыр) жесткость нагружения начинает постепенно снижаться из-за снижения значения текущей прочности контакта тр1, что приводит к увеличению скорости накопления перемещений (рис 96) При малых амплитудах воздействия и относительно низких значениях отношения т/тр расчет демонстрирует явно затухающий характер процесса, связанный с эффектом увеличения жесткости контакта при повторных нагружениях Поскольку критерием возникновения неустойчивости является достижение напряженно-деформированным состоянием контакта «спадающей ветви» реологической зависимости, то величина «критического перемещения» не зависит от амплитуды воздействия, а определяется лишь начальным напряженно-деформированным состоянием (т,и) и характеристиками контакта

и/ир

р. н

и/ир

Время

Рис.9 Результаты расчета циклического нагружения контакта динамическим импульсом.

а — расчет без учета эффекта изменения динамической жесткости остаточное перемещение одинаково при каждом цикле нагружения

6 - расчет с учетом снижения текущей прочности контакта при и>ир; после превышения кумулятивным значением

накопленного перемещения

величины ир , величина остаточного перемещения за цикл возрастает вплоть до возникновения динамической неустойчивости

в - расчет с учетом увеличения жесткости при повторньи нагружениях

остаточное перемещение снижается при каждом следующем цикле нагружения

г - расчетная зависимость кумулятивного перемещения для одного из вариантов расчета.

Возможность накопления малых возмущений на нарушениях сплошности была продемонстрирована нами и в натурных условиях - при проведении измерений на трещине в обделке Коршуновского тоннеля. На рис.10 показаны результаты измерений одной из компонент. Моменты динамических воздействий, вызванных прохождением поездов, отмечены на оси абсцисс цифрами и вертикальными линиями. При каждом прохождении поезда отчетливо видны возмущения равномерного хода деформации, сопровождающиеся в ряде случаев остаточными деформациями амплитудой до Змкм. Максимальная амплитуда колебаний в цуге составляла от 0.02-0.07см/с при общей продолжительности от 10 до 100 с.

Время (московское)

Рис.10. Результаты деформационных измерений на горизонтальной трещине в бетонной обделке Коршуновского тоннеля 04.10.2007 г. Пунктирные линии

- моменты прохождения поездов через тоннель и момент массового взрыва: 1 - электричка (восток-запад), 2 — локомотив (восток-запад), 3 — грузовой (запад-восток), 4

- грузовой (запад-восток), 5 - взрыв, 6 - грузовой (восток-залад).

В рамках предложенной модели, в работе выполнены оценки некоторых характерных параметров задачи - критического перемещения, времени подготовки динамического события, времени задержки инициируемого землетрясения и т д, которые при сопоставлении с опытными данными продемонстрировали разумное соответствие

В заключение четвертого раздела проведен анализ важного вопроса о влиянии динамических воздействий на пространственно-временное распределение инициированной сейсмичности

Следуя методике, предложенной [Felzer и Brodsky 2006], проведен анализ пространственного распределения афтершоков землетрясений М>4 Северной Калифорнии Показано, что спад плотности афтершоков происходит пропорционально расстоянию в степени -15, что существенно медленнее закономерностей, определяемых статическим решением При этом статистически значимое увеличение сейсмической активности наблюдается на расстояниях на порядок превышающих характерный размер источника Определенная закономерность степени снижения афтершоковой активности с расстоянием неплохо соответствует закономерностям затухания максимальной массовой скорости от основного события Это согласуется с представлениями, развиваемыми в настоящей работе, согласно которым перемещение, инициированное динамическим воздействием на напряженный разлом, состоит из двух слагаемых примерно пропорциональных максимальной массовой скорости грунта

Дополнительным фактом, свидетельствующим в пользу гипотезы «динамического» инициирования афтершоков, является опубликованный недавно сопоставительный анализ афтершоковых последовательностей при обычных и «медленных» землетрясениях с близкими сейсмическими моментами, проведенный для одного и того же региона [Pölitz and Johnston 2006]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе с единых позиций, основывающихся на нелинейной модели деформирования нарушений сплошности, проведена интерпретация результатов выполненных лабораторных экспериментов, аналитических оценок, численных расчетов и опубликованных данных натурных измерений

1 Проведенный анализ имеющихся результатов наблюдений позволяет заключить, что явление инициирования деформационных процессов в земной коре сейсмическими колебаниями, можно считать надежно установленным Максимальные амплитуды колебаний грунта, инициирующих динамические события, соответствуют деформациям 5 10"7 - 5 10"5 отн ед Задержки между временем прихода сейсмических волн и инициированным событием изменяются от секунд до недель и более, а установленная

продолжительность динамически инициированной сейсмичности достигает, по крайней мере, нескольких недель На участках, проявивших инициированную сейсмичность, регистрируются значимые изменения скорости деформации

2 В лабораторных экспериментах исследована механика процесса накопления деформаций на границе между блоками под действием вибраций Показано, что закономерности формирования остаточных деформаций при взаимодействии динамического импульса с нарушением сплошности, определяются нелинейным видом диаграмм напряжение-деформация Основными факторами, определяющими параметры деформационного процесса, являются напряженно-деформированное состояние среды, амплитуда и длительность волнового пакета, воздействующего на разломную зону, жесткость нарушения сплошности

3 Сформулирована феноменологическая модель инициирования деформационных процессов в земной коре динамическими импульсами Показано, что в зависимости от соотношений между параметрами могут реализовываться разные сценарии развития процесса - возникновение динамической неустойчивости при уровне напряжений меньшем, чем текущая прочность контакта, либо постепенное снижение скорости деформации до фонового значения Порогом эффективного воздействия на разломную зону являются колебания с амплитудой, заметно превышающей амплитуду микросейсмического фона в соответствующем диапазоне частот

4 Выполненные оценки характерных параметров задачи на всех стадиях процесса деформирования межблоковых зон, показывают разумное соответствие с результатами натурных наблюдений

Выполненные исследования позволяют сделать принципиальный вывод о том, что явление дистанционного изменения режима деформирования довольно регулярно наблюдается в природе Развитые в диссертации основы новой модели, описывающей процесс накопления деформаций в межблоковых зонах под действием динамических возмущений, могут быть использованы при постановке и проведении фундаментальных и прикладных работ, направленных на разработку технологий снижения ущерба от природных и техногенных катастрофических событий

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кочарян ГГ, Павлов ДВ, Кулюкин АА. 2003 Малые возмущения и реология массива скальных пород // Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли Книга 1 М ИДГРАН с 21-32

2 Кочарян ГГ, Кулюкин АА. 2004 Об эффективных деформационных характеристиках земной коры//Динамика взаимодействующих геосфер М ИДГРАН с 48-56

3 Кочарян ГГ, Кулюкин АЛ, Марков ВК, Марков ДВ, Павлов ДВ 2005 Малые возмущения и напряженно-деформированное состояние земной коры // Физическая мезомеханика Т 8 №1 с 23-36

4 Кочарян ГГ, Кулюкин АЛ., Павлов ДВ 2006 Роль нелинейных эффектов в механике накопления малых возмущений//Физическая мезомеханика Т 9 №1 с 5-14

5 Кочарян ГГ, Кулюкин АЛ., Павлов ДВ 2006 Некоторые особенности динамики межблокового деформирования в земной коре // Геология и геофизика, т 47, № 5, с 669683

6 Кочарян ГГ, Кулюкин АЛ. 2007 Модель накопления малых динамических возмущений в блочном горном массиве // Физические поля и динамика взаимодействующих геосфер М ИДГРАН с 83-92

7 Кочарян ГГ, Кулюкин A.A., Марков В К, Марков Д В, ПерникЛМ 2008 О критической скорости деформации разломных зон//Доклады РАН т 418, №3 с 383-386

8 Кулюкин АЛ. 2002 Влияние нарушений сплошности на деформационные характеристики горных пород пород // Тезисы докладов XLV научной конференции МФТИ М МФТИ с 153

9 Кочарян ГГ, Павлов ДВ, Кулюкин АЛ. 2003 Малые возмущения и реология массива скальных пород // Тезисы докладов XLVI научной конференции МФТИ М МФТИ с 157

10 Кулюкин АЛ. 2004 Реология межблоковых контактов массивов скальных пород // Тезисы докладов XLVII научной конференции МФТИ М МФТИ с 186

11 Кочарян ГГ, Павлов ДВ, Кулюкин АЛ. 2005 Инициирование блоковых движений динамическими возмущениями // Тезисы докладов VII международной школы-семинара "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" М ИФЗРАН С 32-33

12 Кочарян ГГ, Кулюкин АЛ. 2006 О возможности инициирования динамических проявлений напряженно-деформированного состояния земной коры низкоамплитудными импульсными воздействиями // Тезисы докладов XLIX научной конференции МФТИ М МФТИ с 165-166

Подписано в печать 27 марта 2008 г Объем 1,32 п л Тираж 100 экз Заказ № 299 Отпечатано в Центре оперативной полиграфии ООО «Ол Би Принт» Москва, Ленинский пр-т, д 37

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Кулюкин, Андрей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СВЕДЕНИЙ ОБ ИНИЦИИРОВАНИИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ

ПРОЦЕССОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕ МАЛЫМИ ВОЗМУЩЕНИЯМИ

1.1 Взаимодействие деформационных процессов в земной коре

1.2 Некоторые экспериментальные данные о динамически инициированной сейсмичности

1.3 Лабораторные и полевые исследования эффектов инициирования

1.4 Модели триггерных явлений' 30 Выводы к разделу i » I ! . Г '

РАЗДЕЛ 2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1 Некоторые особенности характеристик нарушений сплошности массива горных пород

2.2 Описание экспериментальной установки

2.3 Измерительная аппаратура 52 Выводы к разделу 2 • 54 >

РАЗДЕЛ 3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА НАКОПЛЕНИЯ

ДЕФОРМАЦИЙ НА ГРАНИЦЕ МЕЖДУ БЛОКАМИ

3.1 Исследование деформационных св0йств1М0дельных контактов

3.2 Исследование закономерностей изменения свойств межблоковых контактов со временем

3.3 Исследование механики инициирования межблоковых перемещении низкоамплитудными динамическими воздействиями

Выводы к разделу

РАЗДЕЛ 41 ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ИНИЦИИРОВАНИЯ

И НАКОПЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ НА МЕЖБЛОКОВЫХТРАНИЦАХ

4.1 Особенности динамики деформирования межблоковых контактов!

4.2 Расчетная модель деформирования контакта под влиянием низкоамплитудных динамических воздействии

4.3 Сравнение оценок, выполненных по предложенной модели с результатами натурных измерений

Выводы к разделу

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Динамическое инициирование деформационных процессов в массиве горных пород"

Проблема инициирования деформационных процессов в земной коре низкоамплитудными воздействиями является- одной из важных, задач геофизики и геомеханики. Деформационные процессы,. инициируемые «извне», имеют различный характер, включая как динамические события, так и постепенное изменение режима деформирования в результате длительного накопления, малых возмущений. Хотя проявления подобных событий достаточно разнообразны - землетрясения, оползни и сели, горные удары,, обрушения выработок, подвижки подработанных объемов горной' породы,. разрушения инженерных сооружений и т.п., вполне, естественно; что наибольшее, количество, разнообразных инструментальных^ наблюдений- - сейсмологических, деформационных, геодезических - производится, в . районах либо характеризующихся-активными сейсмогенными процессами,,либо расположенных таким образом, что волньь от крупных землетрясений- могут принести значительный ущерб: Именно поэтому наибольшее количество сведении об инициировании деформационных процессов, либо об инициированишрезкого изменения их скорости; накоплено в сейсмологии. .

Происходящее в последние годы;, качественное изменение поступающей; сейсмологической информации, (увеличение плотности сейсмических сетей и динамического диапазона аппаратуры, внедрение цифровых методов-регистрации и т.п.^-во многом изменяет существовавшие ранее представления как о диапазоне расстояний, на которых необходимо учитывать взаимное влияние деформационных' процессов, так и о возможных механизмах их инициирования. Стало ясным,, что отдельный класс, «триггерных» явлений представляет собой инициирование деформационных событий низкоамплитудными динамическими импульсами такими; как, волны от удаленных землетрясений, , взрывов, вибрационных воздействий и т.д. Несмотря на то, что в* настоящее время , накоплено * большое количество свидетельств такого «динамического» инициирования;. физический* механизм-, реакции, среды на,подобные низкоамплитудные возмущения до сих пор неясен. Одной' из причин' подобного положения является;: то обстоятельство, что механика формирования, дифференциальных движений вдоль межблоковых границ под воздействием слабых возмущений недостаточно исследована.

В последние годы в ИДГ РАН выполнены исследования динамики,деформирования-, природных и: модельных нарушений сплошности массива горных пород и на их основе предложена новая модель межблоковых промежутков. Это создает основу для* решения актуальной задачи исследования закономерностей динамики накопления; деформаций и разрядки напряжений.под действием малых возмущений:

Целью настоящей работы является разработка геомеханической модели инициирования деформационных процессов в земной коре низкоамплитудными динамическими импульсами на основе интерпретации с единых позиций (нелинейная модель деформирования нарушений сплошности) результатов выполненных лабораторных экспериментов, аналитических оценок, численных расчетов и опубликованных данных натурных измерений.

Задачи исследований:

• Проанализировать имеющиеся факты инициирования деформационных процессов в земной коре сейсмическими колебаниями малой амплитуды и сформулировать основные закономерности, наблюдаемые в природе.

• Исследовать в лабораторном эксперименте закономерности формирования остаточных перемещений и накопления деформаций в блочной среде под действием слабых возмущений;

• Выявить основные факторы, определяющие механику процесса и определить параметры, ответственные за реализацию различных режимов деформирования;

• Разработать феноменологическую и расчетную модели процесса инициирования и накопления деформаций на межблоковых границах;

• Сопоставить результаты оценок и расчетов по модели с основными закономерностями, наблюдаемыми в природе.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается значительным объемом экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, применением апробированных методов измерения и регистрации исследуемых параметров, тщательным анализом ранее опубликованных материалов, сопоставлением полученных данных с существующими представлениями, результатами численных расчетов и аналитическими оценками.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Обобщение большого количества опубликованных данных позволило сформулировать основные эмпирические закономерности процесса динамического инициирования деформационных процессов, наблюдаемые в природе.

• В лабораторных экспериментах исследована механика процесса накопления деформаций на границе между блоками под действием вибраций и выявлены параметры ответственные за реализацию различных режимов деформирования.

• На основании проведенных исследований разработана новая модель, описывающая процесс накопления межблоковых, деформаций на напряженном контакте при динамических воздействиях.

Личный вклад автора

В ходе обучения в магистратуре и аспирантуре МФТИ автор принимал непосредственное участие

• в подборе, структурировании, анализе и обобщении опубликованных фактов инициирования деформационных процессов в земной коре малыми возмущениями; • в проведении: лабораторных экспериментов и разработке программного обеспечения для обработки полученных результатов;

• в проведении численных расчетов и'аналитических;оценок;:

• в разработке и тестировании модели инициирования деформационных процессов в земной коре низкоамплитудными динамическими импульсами.

Практическая ценность работы. : .

Выполненные исследования позволяют сделать принципиальный вывод о том, что явление дистанционного изменения режима деформирования' довольно1 регулярно, наблюдается в природе. Развитые в диссертации основы новой модели, описывающей процесс накопления деформаций в межблоковых зонах под действием динамических возмущений, могут быть использованы при постановке и проведении фундаментальных и, прикладных работ, направленных, на разработку технологий снижения1; ущерба от природных и техногенных катастрофических событий.

На защиту выносится:

• Установленные эмпирически пространственно-временные . характеристики, процесса динамического инициирования крупномасштабных деформационных процессов в земной коре

• Обнаруженные закономерности формирования остаточных деформаций при взаимодействии динамического ; импульса с нарушением сплошности массива горных пород.

• Феноменологическая модель процесса инициирования и накопления деформаций на межблоковых границах.

• Результаты оценок макроскопических параметров процесса инициирования динамических событий разного иерархического уровня.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 145 страницах, включая 78 рисунков и список литературы из 190 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Кулюкин, Андрей Андреевич

Выводы к разделу 4

• Предложена микромеханическая модель контакта блоков и заполнителя, основанная на результатах испытаний модели нарушения сплошности. Полученное распределение удачно описывает снижение роста силы сопротивления сдвигу в зависимости от накопленной деформации, наблюдаемое в эксперименте. Предложена расчетная модель накопления остаточных деформаций, как непосредственно в результате динамического воздействия, так и в процессе медленного постдинамического перемещения межблоковых границ нагруженного контакта. При этом остаточное межблоковое перемещение, возникающее при динамическом воздействии на напряженный разлом, как показывает оценка пропорционально амплитуде колебаний в степени 1.2-И.8, длительности волнового пакета и обратно пропорционально жесткости нарушения сплошности.

• Показано, что в большинстве случаев именно динамика деформационных процессов может в значительной степени определять реологию блочной среды. Если при постепенном изменении напряженно-деформированного состояния асимптотика зависимости перемещения от времени близка к закономерностям пластического течения, то при резком изменении скорости деформирования характер межблоковых перемещений, по крайней мере, на начальном этапе процесса, чаще всего определяется закономерностями сухого трения.

• Модель деформирования контакта под влиянием низкоамплитудных динамических воздействий, предложенная в данном разделе, качественно учитывает основные эффекты, наблюдаемые в эксперименте. Детально рассмотрена возможность достижения контактом метастабильного состояния без изменения величин статических напряжений. Проведенная в рамках модели оценка амплитуд критических перемещений показала их устойчивое соответствие с экспериментальными оценками, полученными по сейсмологическим данным. Оценка характерного времени отсрочки вызванной активности по сравнению со временем воздействия не противоречит наблюдаемым временам задержки инициирования в натурных условиях.

• Предложенное сравнение основных параметров предложенной модели с результатами натурных измерений показало качественное соответствие. В частности рассмотрены основные стадии процесса: стадия накопления напряжений, динамическое воздействие на разломную зону, постсейсмическое движение. Кроме того, показано, что качественно пространственно-временное распределение инициированной сейсмичности может быть успешно интерпретировано в рамках данной модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе с единых позиций, основывающихся на нелинейной модели деформирования нарушений сплошности, проведена интерпретация результатов выполненных лабораторных экспериментов, аналитических оценок, численных расчетов и опубликованных данных натурных измерений.

1. Проведенный анализ имеющихся экспериментальных фактов позволяет заключить, что явление инициирования деформационных процессов в земной коре сейсмическими колебаниями, можно считать надежно установленным. Максимальные амплитуды колебаний грунта, инициирующих динамические события, соответствуют деформациям 5 10"7 — 5 10'5 отн. ед. Задержки между временем прихода сейсмических волн и инициированным событием изменяются от секунд до недель и более, а установленная продолжительность динамически инициированной сейсмичности достигает, по крайней мере, нескольких недель. На участках, проявивших инициированную сейсмичность, регистрируются значимые изменения скорости деформации.

2. В лабораторных экспериментах исследована механика процесса накопления деформаций на границе между блоками под действием вибраций. Показано, что закономерности формирования остаточных деформаций при взаимодействии динамического импульса с нарушением сплошности, определяются нелинейным видом диаграмм напряжение-деформация. Основными факторами, определяющими параметры деформационного процесса, являются напряженно-деформированное состояние среды, амплитуда и длительность волнового пакета, воздействующего на разломную зону, жесткость нарушения сплошности.

3. Сформулирована феноменологическая модель инициирования деформационных процессов в земной коре динамическими импульсами. Показано, что в зависимости от соотношений между параметрами могут реализовываться разные сценарии развития процесса - возникновение динамической неустойчивости при уровне напряжений меньшем, чем текущая прочность контакта, либо постепенное снижение скорости деформации до фонового значения. Порогом эффективного воздействия на разломную зону являются колебания с амплитудой, заметно превышающей амплитуду микросейсмического фона в соответствующем диапазоне частот.

4. Выполненные оценки характерных параметров задачи на всех стадиях процесса деформирования межблоковых зон, показывают разумное соответствие с результатами натурных наблюдений.

Выполненные исследования позволяют сделать принципиальный вывод о том, что явление дистанционного изменения режима деформирования довольно регулярно наблюдается в природе. Развитые в диссертации основы новой модели, описывающей процесс накопления деформаций в межблоковых зонах под действием динамических возмущений, могут быть использованы при постановке и проведении фундаментальных и прикладных работ, направленных на разработку технологий снижения ущерба от природных и техногенных катастрофических событий.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Кулюкин, Андрей Андреевич, Москва

1. Адушкин В.В., Орленко Т.А. 1971 Прочностные характеристики разуплотнения песчаного грунта при сдвиге // Механика твердого тела. № 2. с. 167-171. Адушкин В.В., СпивакА.А. Подземные взрывы М.:Наука, 2007. 579 с.

2. Адушкин В.В., Турушпаев С.Б. Техногенные процессы в земной коре (опасности и катастрофы) М.:ИНЭК, 2005. 252с.

3. Виноградов Е.А., Костюченко В.Н., Свинцов КС. 2004 Метод воздействия па призабойную зону скважины при помощи скважинного генератора сейсмических волн. // Динамика взаимодействующих геосфер. М: ИДГ РАН. с.57-63.

4. Головин С.А., Пушкар А. "Микропластичность и усталость металлов". М.: Металлургия, 1980. 239 с.

5. Гольдин С.В. 2004 Дилатансия, переупаковка и землетрясения // Физика Земли, №10, с.37-54.

6. Закупин А.С. 2006 Исследование электростимулированных вариаций акустической эмиссии при деформировании образцов геоматериалов // Дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: ИФЗ РАН

7. Кочарян Г.Г., Виноградов Е А., Кишкина С.Б., Марков В.К., Павлов Д.В., Свингрв И.С. 2006в Деформационные измерения на фрагменте Ангарского разлома (предварительные результаты) // Динамические процессы во взаимодействующих геосферах М: ИДГ РАН с.104-114i

8. Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А., Павлов Д.В. 2006а Роль нелинейных эффектов в механике накопления малых возмущений.// Физ. мезомех. Т. 9. № 1. с.5-14

9. Кочарян Г.Г., Павлов Д.В. 2007а Нарушение и залечивание зон локализации деформаций в массиве горных пород// Физ. мезомех. Т. 10 №1 с.5-18

10. Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. 423 с.

11. Кочарян Г.Г., Федоров А.Е. 1990 Об особенностях механики сейсмического процесса в блочной геофизической среде.// ДАН СССР 315, 6, с. 1345-1349

12. Латынина Л.А., Кармалеева P.M. Деформографические измерения. М., Наука, 1978, 154 с. Любушин А.А. Анализ данных систем геофизического и экологического мониторинга. М.: Наука, 2007. 228с.

13. Молчан Г.М., Дмитриева О.Е. 1991 Идентификация афтершоков, обзор, и новые подходы // Вычислительная сейсмология. Вып. 24. М.: Наука, с. 19-50.

14. Николаев А.В., Верещагина Г.М. 19916 Об инициировании землетрясений подземными ядерными взрывами. // ДАН СССР, т.319, №2, с.333-336.

15. Николаев А.В., Верещагина Г.М. 1999 Удаленные афтершоки землетрясений и подземных ядерных взрывов // Докл. РАН, 1999, т.364, №2.

16. ОсикаД.Г. Флюидный режим сейсмически активных областей. М.: Наука, 1981. 204 с. Павлов Д.В. 1998 Экспериментальное исследование деформационных характеристик нарушений сплошности массива скальных пород // Дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН

17. Панин В.Е. 2000 Синергетические принципы физической мезомеханики // Физ. мезомех. Т.З, №6, с.5-36

18. Пешков А.Б., Кириченко В.В., Щербаков П.Н. 1993 О возможности инициирования землетрясений подземными ядерными взрывами // Международная научная конференция: Геофизика и современный мир, 9-13 августа 1993 г. Сборник рефератов и докладов. М.: 93 с.

19. Ружич В.В., Трусков В.А., Черных Е.Н., Смекалин О.П. 1999 Современные движения в зонах разломов Прибайкалья и механизмы их инициирования // Геология и геофизика. Т. 40. № 3, с.360-372.I

20. Садовский М.А., Кочарян Г.Г., Родионов В.П. 1988 О механике блочного горного массива //ДАН СССР 302, 2, с. 193-197

21. Садовский М.А., Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х., Саломов И.Г. 1981 Влияние механических микроколебаний на характер пластических деформаций материалов' // Физика земли., № 6, с. 32—42

22. Сашурин А.Д. Сдвижение горных пород на рудниках черной металлургии. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999. 268с

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

24. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270с.

25. Степанов В.Я., Сырников Н.М. 2006 Влияние сейсмических воздействий на деформации и устойчивость склонов каньона Токтогульского гидроузла // Динамические процессы во взаимодействующих геосферах М: ИДГ РАН с.50-59г135

26. Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В. 1995 Влияние ядерных взрывов на сейсмический режим // Докл. РАН, т.343, №4, с.543-546

27. Филиппов А.Э., Попов B.JI., Псахье С.Г., Ружич В.В., Шилъко Е.В. 2006 О воз-можности перевода динамики смещений в блочных средах в режим ползу-чести // Письма в ЖТФ. Т.32. Вып. 12. с. 77-86.

28. Чувильдиев В.Н. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения. М., Физматлит, 2004, с. 1-303.

29. Arnadottir Т., Geirsson H. Einarsson P. 2004 Coseismic stress changes and crustal deformation on the Reykjanes Peninsula due to triggered earthquakes on 17 June 2000 // J. Geophys. Res., Vol.109, doi:10.1029/2004JB003130.

30. Atkinson B.K. 1984 Subcritical crack growth in geological materials // J. Geophys. Res., 89, pp.4077-4114

31. Avagimov A. A., Zeigarnik V. A., Klyuchkin V. N. 2006 On the Structure of Acoustic Emission of Model Samples in Response to an External Energy Action//Physics of the Solid Earth, Vol. 42, No. 10, pp.824-829

32. Bandis S.C., Lumsden A.C., Barton N.R. 1983 Fundamentals of rock joint deformation // Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., Vol.20, №6, pp.249-268

33. Barton N. 1987 Predicting the behaviour of underground openings in rocks // 4th Manuel Rocha Memorial Lecture. Lisbon. 15p.

34. Barton N.R., Choubey V. 1977 The shear strength of rock joints in theory and practice // Rock Mech. N10 pp. 1-54

35. Beeler N.M., Simpson R. W., Hickman S.H., Lockner D.A. 2000 Pore fluid pressure, apparent friction, and Coulomb failure // J. Geophys. Res., 105, pp.25533- 25542

36. Bogomolov L.M., Il'ichev P.V., Novikov V.A., Okunev V.I., Sychev V.N., Zakupin A.S. 2004 Acoustic emissions response of rocks to electric power action as seismic electric effect manifesta-tion// Annals of Geophysics. V.47. No 1. pp.65-72

37. Borisyuk Yu.A., Novikov A.M., Seryi A.V. 1995 Statistical Analysis of Novaya Zemlya underground nuclear explosions // NATO ASI Series, 2. Environment Vol.4, Springer, pp.5174.

38. Brodsky E., Sturtevant В., Kanamori H. 1998 Earthquakes, volcanones, and rectified diffusion // J. Geophys. Res., 103, 23827-23838

39. Brodsky E.E., Karakostas V., Kanamori H. 2000 A new observation of dynamically triggered regional seismicity: earthquakes in Greece following the August, 1999, Izmit, Turkey earthquake // Geophys. Res. Lett., Vol. 27, pp.2741-2744'.

40. Camelbeeck Т., van Eck Т., Pelzing R., Ahorner L., Loohuis J., Haak H. W, Hoang-Trong P., Hollnack D. 1994 The 1992 Roermond earthquake, the Netherlands, and its aftershocks // Geologie enMijnbouw, 73, pp.181-197

41. Chery J., Carretier S., Ritz F. 2001 Postseismic stress transfer explains time clustering of largeearthquakes in Mongolia. // Earth Planet. Sci. Lett. Vol. 194, pp.277-286

42. Christiansen C., Pejrup M., Kepp R, Nielsen A., Volund G., Pedersen J. 2004 Tidal andmeteorological induced nutrient (N, P) dynamics in the micro-tidal Ho Bugt, Danish Wadden

43. Sea // Geografisk Tidsskrift, Danish Journal of Geography Vol.104 №1 pp.87-96

44. Cocco M„ Rice J.R. 2002 Pore pressure and poroelasticity effects in Coulomb stress analysis ofearthquake interactions //J. Geophys. Res., 107, doi:10.1029/2002JB002319.

45. Cochran E.S., Vidale J.E., Tanaka S. 2004 Earth tides can trigger shallow thrust fault earthquakes

46. Science, Vol. 3 06, pp. 1164-1166.

47. Cook N.G.W. 1992 Natural joints in rock: mechanical, hydraulic and seismic behaviour and properties under normal stress // Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol.29, No.3, pp. 198-223

48. Das S., Scholz C. 1981 Off-fault aftershock clusters caused by shear stress increasee? // J. Geophys. Res., Vol. 71, pp. 1669-1675.

49. Dieterich J.H. 1978 Time-dependent friction and the mechanics of stick-slip // Pure Appl.Geophys. V.116. pp.790-805.

50. Dieterich J.H. 1979 Modeling of rock friction 1. Experimental results and constitutive equations //J. Geophys. Res., 84, 2161-2168.i

51. Elkhoury J.E., Brodsky E.E., Agnew D.C. 2006 Seismic waves increase permeability // Nature, 441, pp.1135-1138

52. Emiliani C., Harrison C.G.A., Swanson M. 1969iUnderground nuclear explosions and the control of earthquakes// Science, 165, 1255-1256.

53. Felzer K.R., Abercrombie R.E., Ekstrom G. 2003 Secondary aftershocks and their importance for aftershock forecasting. // Bull. Seismol. Soc. Am. Vol. 93 pp.1433-1448

54. Felzer K.R., Becker T.W., Abercrombie R.E., Ekstrom G., Rice J.R. 2002 Triggering of the 1999 Mw 7.1 Hector Mine earthquake by aftershocks of the 1992 Mw 7.3 Landers earthquake. // J. Geophys. Res. Vol.107, doi: 10.1029/2001JB000911

55. Felzer K.R., Brodsky E.E. 2003 The absence of stress shadows. // Seismol. Res. Lett. 75, p.285 Felzer K.R., Brodsky E.E. 2006 Evidence for dynamic aftershock triggering from earthquake densities // Nature 441, pp.735-738.

56. Freed A.M. 2005 Earthquake triggering by static, dynamic, and postseismic stress transfer // Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 33, pp.335-367.

57. Gomberg J. 1996 Stress/strain changes and triggered seismicity following the Mw 7.3 Landers, California, earthquake // J. Geophys. Res., Vol. 101, pp.751-764.

58. Gomberg J., Blanpied M.L., Beeler N.M. 1997 Transient» triggering of near and distant earthquakes // Bull. Seismol. Soc. America, 87, pp.294-309

59. Gomberg J., Beeler N.M., Blanpied M.L., Bodin P. 1998 Earthquake triggering by transient and' static deformations. //J. Geophys. Res. Vol. 103, pp.24411—24426

60. Gomberg J. 2001 The failure of earthquake failure models. // J. Geophys. Res. Vol. 106, pp.16253-16264.

61. Gomberg J., Reasenberg P.A. Bodin P., Harris R. 2001 Earthquakes triggering by seismic waves following the Landers and Hector Mine earthquakes //Nature, 411, pp.462-465.l

62. Hardebeck J.L., Nazareth J.J., Hauksson E. 1998 The static stress change triggering model; constraints from two southern California aftershock sequences. // J. Geophys. Res. Vol. 103, pp.24427—24437

63. Harrington R.M., Brodsky E.E. 2006 The absence of remotely triggered seismicity in Japan // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 96, pp.871-878.

64. Harris R.A., Simpson R.W. 2002 The 1999 Mw7.1 Hector Mine, California, earthquake; a test ofthe stress shadow hypothesis? // Bull. Seismol. Soc. Am. Vol. 92, pp.1497-1512

65. Harris R.A. 1998 Introduction to a special section: Stress triggers, stress shadows, andimplications for seismic hazards // J. Geophys. Res., Vol. 103, pp.24347-24358

66. Hearn E.H., Burgmann R., Reilinger R.E. 2002 Dynamics of Izmit earthquake postseismicdeformation and loading of the Duzce earthquake hypocenter. // Bull. Seismol. Soc. Am. Vol.92, pp. 172-193

67. Hill, D.P., Prejean S.G 2006 Dynamic triggering // Treatise on Geophysics, Vol. 4: Earthquake Seismology, 8. pp.l-52, ed. G. Schubert, El Sevier,

68. Hudnut K.W.L., Seeber L„ Pacheco J. 1989 Cross-fault triggering in the November 1978 Superstition Hill earthquake sequence, southern California // Geophys. Res. Lett., 16, pp. 199202

69. HnsenS, Wiemer S, Smith R.B. 2004 Remotely triggered seismicity in the Yellowstone National Park region by the 2002 Mw 7.9 Denali Fault earthquake, Alaska // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 94, pp.S317-S331

70. Husker A.L., Brodsky E E. 2004 Seismcity in Idaho and Montana triggered by the Denali Fault earthquake: a window into the geologic context for seismic triggering // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 94, pp.S310-S316

71. Johnson P., Jia X. 2005 Nonlinear dynamic, granular media and dynamic earthquake triggering //Nature, 437, pp.871-874

72. Kanamori H, Brodsky E.E. 2004»The physics of earthquakes // Reports in Progress in Physics, 67, pp. 1429-1496

73. Kilb D, Gomberg J., Bodin P. 2000 Triggering of earthquake aftershocks by dynamic stresses // Nature 408, pp.570-574

74. Kilb D., Gomberg J., Bodin P. 2002 Aftershock triggering by complete Coulomb stress changes //J. Geophys. Res., Vol. 107, doi: 10.1029/2001JB000202.

75. King G.C.P., Cocco M. 2001' Fault interactions by elastic stress changes: new clues fromiearthquake sequences // Advances in Geophysics, 44, pp. 1-3 8

76. King G.C.P., Stein RS„ Lin J. 1994 Static stress changes and the triggering of earthquakes // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 84, pp.935-953

77. Y.G., Chen P., Cochran E.S., Vidale J.E, Burdette T. 2006 Seismic Evidence for Rock Damage and Healing on the San Andreas Fault Associated with the 2004 M6 Parkfield Earthquake// Bull. Seism. Soc. Amer. V. 96. pp.349-363.

78. Y.G., Vidale J.E. 2001 Healing of the shallow fault zone from 1994-1998 after the M7.5 Landers, California, earthquake // Geophys. Res. Lett. V.28. pp.2999-3002.

79. Manga M., Brodsky E.E. 2005 Seismic triggering of eruptions in the far field: volcanoes and geysers // Ann. Rev. Earth Planet. Sci., Vol. 34, pp.263-291

80. Marone C. 1998 Laboratory-derived friction laws and their application to seismic faulting // Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 26, pp.643-696

81. Marone C., Scholz C.H., Bilham R. 1991 On the mechanics of earthquake afterslip // J.Geophys. Res., V.96, pp.8441-8452

82. Marsan D. 2003 Triggering of seismicity at short timescales following Californian earthquakes. //J. Geophys. Res. Vol. 108 doi:10.1029/2002JB001946

83. Mikumo Т., Olsen K.B., Fukuyama E., Yagi Y. 2002 Critical slip-weakening distance inferred from slip-velocity functions on earthquake faults // Proc. 3-rd ACES Workshop, 5-10 May, Maui, Hawaii, pp. 181-186.

84. Miyazawa M, Mori J. 2005 Detection of triggered deep low-frequency events from the 2003 Tokachi-oki earthquake // Geophys. Res. Lett., 32, LI0307

85. Miyazawa M., Nakanishi I., Sudo Y., Ohkura T. 2005 Dynamic response of frequent tremors at Aso volcano to teleseismic waves from the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake // J. Volcal. Geotherm. Res., 147, pp.173-186

86. Mohamad R., Darkal A.N., Seber D., Sandoval E., Gomez F., Barazangi M. 2000 Remote earthquake triggering along the Dead Sea Fault in Syria following the 1995 Gulf of Aqaba earthquake (Ms=7.3) // Seismol. Res. Lett., 71, pp.47-52

87. Moran S.C., Power J.A., Stihler S.D., Sa'nchez J.J., Caplan-Auerbach J. 2004 Earthquake Triggering at Alaskan Volcanoes Following the 3 November 2002 Denali Fault Earthquake // Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 94, pp.S300-S309,

88. Nadeau R. M„ Johnson L.R. 1998 Seismological studies at Parkfield VI: Moment release rates and estimates of source parameters for small repeating earthquakes // Bull. Seism. Soc. Amer. V.88. pp.790-814

89. Omori F. 1894 On the aftershocks of earthquakes // J. Coll. Sci. Imp. Univ. Tokyo, 7, pp.111120.

90. Oppenheimer D.H., Reasenberg P.A., Simpson R.W. 1988 Fault plane solutions for the 1984 Morgan Hill, California, earthquake sequence: evidence for the state of stress on the Calavaras fault//J. Geophys. Res., Vol. 93, pp.9007-9026

91. Pankow K.L., Arabasz W.J., Pechmann J.C., Nava S.J. 2004 Triggered seismicity in Utah from the 3 November 2002 Denali Fault earthquake // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 94, pp.A81S332-S347

92. Parsons T. 2005 Significance of stress transfer in time-dependent earthquake • probability calculations//!. Geophys. Res., 110, doi:10.1029/2004JB003190

93. Roeloffs A.E. 1998 Persistnet water level changes in a well near Parkfield, California, due to local and distant earthquakes // J. Geophys. Res., 103, pp.869-889

94. Schaff D.P., Beroza G.C. 2004 Coseismic and postseismic velocity changes measured by repeating earthquakes// J. Geophys. Res. V.109. pp.10302 -10316.

95. Schaff D.P., Bokelmann G.H.R., Beroza G.C. 2002 High-resolution image of Calaveras fault' seismicity // J. Geophys. Res. V.107. P.2186 3102.

96. Schaff D.P., Waldhauser, F. 2005 Waveform cross correlation based differential travel-time measurements at the Northern California Seismic Network // Bull. Seismol. Soc. Amer. V.95. pp.2446-2461

97. Scholz, C.H. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. New York: Cambridge University Press, 1990. 435p.

98. Scholz C.H. 1998 Earthquakes and friction laws //Nature, Vol.391, pp.37-42

99. Singh S.K., Anderson J.G., Rodriguez M. 1998 Triggered seismicity in the Valley of Mexicofrom major Mexican earthquakes // Geofiscia International, 37, pp.3-15.

100. Steacy S., Gomberg J., Cocco M. 2005 Introduction to special section: Stress transfer, earthquake triggering, and time-dependent seismic hazard // J. Geophys. Res., 110, doi: 10.1029/2005JB003692.

101. Tibi R., Wiens D.A., Inoue H. 2003 Remote triggering of deep earthquakes in the 2003 Tonga sequence //Nature, 424, pp.921-925

102. Toda iS, Stein R.S. 2003 Toggling of seismicity by the 1997 Kagoshima earthquake couplet: A demonstration of time-dependent stress transfer // J. Geophys. Res. Vol. 108 doi: 10.1029/2003JB002527

103. Toda S., Stein R.S., Reasenberg P.A., Dieterich J.H. 1998 Stress transferred by the Mw=6.5 Kobe, Japan, shock: Effect on aftershocks and future earthquake probabilities // J. Geophys. Res., Vol. 103, pp.24543-24565

104. Ukawa M., Fujita E„ Kumagai T. 2002 Remote triggering of microearthquakes at the Iwo-Jima volcano // Journal of Geography, 111, pp.277-286 :

105. Waldhauser F., Ellsworth W.L., Schaff, D.P., Cole A. 2004 Streaks, multiplets, and holes: High-resolution spatio-temporal behavior of Parkfield seismicity. // Geophys. Res. Lett. V. 31, L18608, doi: 10.1029/2004GL020649

106. Waldhauser F., Ellsworth W.L. 2002 Fault structure and mechanics of the Hayward Fault, California, from double-difference earthquake locations // J. Geophys. Res. 2002. V.107, pp.2054 -2069

107. Wang W.H., Chen C.H. 2001 Static stress transferred by the 1999 Chi-Chi, Taiwan, earthquake; effects on the stability of the surrounding fault systems and aftershock triggering with a 3D fault-slip model // Bull. Seismol. Soc. Am. Vol. 91, pp.1041-1052

108. Wen K.L., Beresnev I.A., Cheng S. 1996 Moderate-magnitude seismicity remotely triggered in the Taiwan Region by large earthquakes around the Philippine Sea Plate // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 86, pp.843-847

109. Wiemer S., Wyss M. 2000 Minimum magnitude of completeness in earthquake catalogs: examples from Alaska, the western United States, and Japan // Bull. Seismol. Soc. America, Vol. 90, 859-869

110. Zeng Y. 2001 Viscoelastic stress-triggering of the 1999 Hector Mine earthquake by the 1992 Landers earthquake. // Geophys. Res. Lett., 28, pp.3007-3010

111. Zoback M.D., Zoback M.L. 2002 State of stress in the Earth's lithosphere In International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology, Part A(Eds Lee W.H.K., Kanamori H., Jennings P.C., Kisslinger C.) // Academic Press, Amsterdam, pp.559-568