gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2014-5-2-0141gtcrust-53Research ArticleТЕКТОНОФИЗИКАTECTONOPHYSICSЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ НЕРОВНОСТЕЙ В РАЗЛОМАХEXPERIMENTAL MODELLING OF MECHANISMS CAUSING OCCURRENCE OF SEISMIC OSCILLATION SOURCES IN CASE OF INTERACTIONS OF UNEVEN SURFACES IN FAULTSРужичВ. В.RuzhichV. V.

докт. геол.­мин. наук, г.н.с. Институт земной коры СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия Тел. (3952)422776

Doctor of Geology and Mineralogy, Chief Researcher Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of RAS 128 Lermontov street, Irkutsk 664033, Russia Tel. +7(3952)422776

ruzhich@crust.irk.ruЧерныхЕ. Н.ChernykhE. N.

канд. геол.­мин. наук, с.н.с. Институт земной коры СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия Тел. (3952)425823

Candidate of Geology and Mineralogy, Senior Researcher Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of RAS 128 Lermontov street, Irkutsk 664033, Russia Tel. +7(3952)425823

cher@crust.irk.ruПономарева Е. И.PonomarevaE. I.

ведущий инженер Институт земной коры СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия Тел. (3952)422776 

leading engineer Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of RAS 128 Lermontov street, Irkutsk 664033, Russia Tel. +7(3952)422776 

Институт земной коры СО РАН, Иркутск, РоссияРоссияInstitute of the Earth’s Crust, SB RAS, Irkutsk, Russia Russian Federation20140609201552563–576Copyright © Ружич В.В., Черных Е.Н., Пономарева  Е.И., 20152015Ружич В.В., Черных Е.Н., Пономарева  Е.И.Ruzhich V.V., Chernykh E.N., Ponomareva E.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/53

Проведена серия натурных экспериментов с применением созданного испытательного стенда «Трибо», представленного в виде перемещаемой с разными скоростями бетонной плиты, которая рассматривается как искусственное аллохтонное крыло на шероховатой плоскости сегмента Ангарского разлома в Прибайкалье. Наблюдаемые при испытаниях трибологические эффекты контактного взаимодействия неровностей в зоне скольжения фиксировались с применением деформометрической и динамометрической аппаратуры, а также четырех сейсмических станций «Байкал-7HR», широко используемых для регистрации землетрясений. Изучалось также влияние ударных воздействий на инициацию источников сейсмических колебаний в процессе меняющихся режимов при разрушении различных по размерам и прочности неровностей под основанием плиты. Повышенное внимание было уделено стадийнос­ти процесса фрикционного трения при подготовке переходов от квазиравномерного замедленного скольжения плиты к ее срыву и возникновению энергетически крупного сейсмического импульса.

Примененный способ более масштабного физического моделирования на реальных природных объектах позволяет получать новые сведения, которые могут быть полезными в изучении механизмов и стадийности возникновения землетрясений в зонах разломов, при интерпретации данных сейсмологических наблюдений. Подобные результаты физических испытаний важны для совершенствования методических подходов к прогнозу горных ударов и землетрясений, а также для разработки новых физических моделей формирования разномасштабных очагов землетрясений в тектонических разломах.

Field experiments were carried out using TRIBO, a specially designed testing stand including a concrete plate that can be moved at different rates. In our experiment, the plate served as an artificial allochtonous wing placed at the uneven surface of the segment of the Angarsky fault in Pribaikalie. Tribological effects of contact interaction of the uneven surfaces in the zone of sliding movements of the plate were recorded by strain gauges, linear displacement gauges and four Baikal-7HR seismic stations; such stations are commonly used for earthquake recording. The effect of shocks in initiation of seismic oscillation sources was studied with changes of the regimes of destruction of the uneven surfaces (underneath the base of the plate) which differ in size and strength. The study was focused on stages in the process of friction at preparation to transition from quasi-regular decelerated sliding movement of the plate to its breakaway and occurrence of a high-energy seismic impulse.

The applied method of large-scale modelling at natural objects in field provides new data that may prove useful for stu­dies of mechanisms causing seismicity, identification of stages in occurrence of earthquakes in fault zones and interpretation of seismic monitoring data. Results of such physical tests can contribute to the development of methods aimed at forecasting of rock shocks and earthquakes and also for the development of new physical models showing formation of earthquake foci of various scales in tectonic faults.

зона разломаочаг землетрясениянеровности в разломахфрикционное трениефизическое моделированиемодели очаговпрерывистое скольжениетриггерные воздействияпрогноз землетрясенийfault zoneearthquake fociuneven surfacesfrictionphysical modellingmodels of fociintermittent slidingtrigger effectsearthquake forecasting / predictionReferencesBerkovich I.I., Gromakovsky D.G., 2000. Tribology. Physical Bases, Mechanics, and Technical Applications. Textbook for Universities, edited by D.G. Gromakovsky. Samara State Technical University, Samara, 268 p. (in Russian) [Беркович И.И., Громаковский Д.Г. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения. Учебник для вузов / Под ред. Д.Г. Громаковского. Самара: СГТУ, 2000. 268 с.].Berkovich I.I., Gromakovsky D.G., 2000. Tribology. Physical Bases, Mechanics, and Technical Applications. Textbook for Universities, edited by D.G. Gromakovsky. Samara State Technical University, Samara, 268 p. (in Russian) [Беркович И.И., Громаковский Д.Г. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения. Учебник для вузов / Под ред. Д.Г. Громаковского. Самара: СГТУ, 2000. 268 с.].Breis W.F., Byerlee J.D., 1966. Stick-slip as mechanism for earthquakes. Science 153 (3739), 62-64. http://dx.doi.org/ 10.2307/1719360.Breis W.F., Byerlee J.D., 1966. Stick-slip as mechanism for earthquakes. Science 153 (3739), 62-64. http://dx.doi.org/ 10.2307/1719360.Chebrov V.N., Saltykov V.A., Serafimova Yu.K., 2011. Earthquake Forecasting in Kamchatka. SvetochPlus, Moscow, 304 p. (in Russian) [Чебров В.Н., Салтыков В.А., Серафимова Ю.К. Прогнозирование землетрясений на Камчатке. М.: Светоч Плюс, 2011. 304 с.].Chebrov V.N., Saltykov V.A., Serafimova Yu.K., 2011. Earthquake Forecasting in Kamchatka. SvetochPlus, Moscow, 304 p. (in Russian) [Чебров В.Н., Салтыков В.А., Серафимова Ю.К. Прогнозирование землетрясений на Камчатке. М.: Светоч Плюс, 2011. 304 с.].Chichinadze А-V. (Ed.), 1995. Fundamentals of Tribology. Nauka i Tekhnika, Moscow, 778 p. (in Russian) [Основы трибологии / Под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Наука и техника, 1995. 778 с.].Chichinadze А-V. (Ed.), 1995. Fundamentals of Tribology. Nauka i Tekhnika, Moscow, 778 p. (in Russian) [Основы трибологии / Под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Наука и техника, 1995. 778 с.].Dimaki A.V., Popov V.L., 2012. Dimension reduction method and its application to modelling of friction elastomers under complex dynamic loads. Fizicheskaya Mezomekhanika 15 (4), 81-86 (in Russian) [Димаки А.В., Попов В.Л. Метод редукции размерности и его применение для моделирования трения эластомеров в условиях сложных динамических нагрузок // Физическая мезомеханика. 2012. Т. 15. № 4. С. 81-86].Dimaki A.V., Popov V.L., 2012. Dimension reduction method and its application to modelling of friction elastomers under complex dynamic loads. Fizicheskaya Mezomekhanika 15 (4), 81-86 (in Russian) [Димаки А.В., Попов В.Л. Метод редукции размерности и его применение для моделирования трения эластомеров в условиях сложных динамических нагрузок // Физическая мезомеханика. 2012. Т. 15. № 4. С. 81-86].Garkunov D.N., 1989. Tribotechnics. Mashinostroenie, Moscow, 328 p. (in Russian) [Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.].Garkunov D.N., 1989. Tribotechnics. Mashinostroenie, Moscow, 328 p. (in Russian) [Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.].Heinicke G., 1987. Tribochemistry. Translated from English. Mir, Moscow, 584 p. (in Russian) [Хайнике Г. Трибохимия: пер. с англ. М.: Мир, 1987. 584 с.].Heinicke G., 1987. Tribochemistry. Translated from English. Mir, Moscow, 584 p. (in Russian) [Хайнике Г. Трибохимия: пер. с англ. М.: Мир, 1987. 584 с.].Kogan S.Ya., 1975. Seismic Energy and Methods of Its Determination. Nauka, Moscow, 153 p. (in Russian) [Коган С.Я. Сейсмическая энергия и методы ее определения. М.: Наука, 1975. 153 с.].Kogan S.Ya., 1975. Seismic Energy and Methods of Its Determination. Nauka, Moscow, 153 p. (in Russian) [Коган С.Я. Сейсмическая энергия и методы ее определения. М.: Наука, 1975. 153 с.].Mashkov Yu.K., 1996. Tribology of Construction Materials. Omsk State Technical University, Omsk, 299 p. (in Russian) [Машков Ю.К. Трибология конструкционных материалов. Омск: ОмГТУ, 1996. 299 c.].Mashkov Yu.K., 1996. Tribology of Construction Materials. Omsk State Technical University, Omsk, 299 p. (in Russian) [Машков Ю.К. Трибология конструкционных материалов. Омск: ОмГТУ, 1996. 299 c.].Mishin S.V., 2004. Seismic Processes and Maintenance of Impulses. SVKNII, Far East Branch of RAS, Magadan, 115 p. (in Russian) [Мишин С.В. Сейсмические процессы и сохранение импульса. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 2004. 115 с.].Mishin S.V., 2004. Seismic Processes and Maintenance of Impulses. SVKNII, Far East Branch of RAS, Magadan, 115 p. (in Russian) [Мишин С.В. Сейсмические процессы и сохранение импульса. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 2004. 115 с.].Myachkin V.I., Kostrov B.V., Sobolev G.А., Shamina О.G., 1975. Fundamentals of physics of foci and precursors of earthqua¬ke. In: Physics of Earthquake Foci. Nauka, Moscow, p. 6-29 (in Russian) [Мячкин В.И., Костров Б.В., Соболев Г.А., Шамина О.Г. Основы физики очага и предвестники землетрясений // Физика очага землетрясения. М.: Наука, 1975. С. 6-29].Myachkin V.I., Kostrov B.V., Sobolev G.А., Shamina О.G., 1975. Fundamentals of physics of foci and precursors of earthqua¬ke. In: Physics of Earthquake Foci. Nauka, Moscow, p. 6-29 (in Russian) [Мячкин В.И., Костров Б.В., Соболев Г.А., Шамина О.Г. Основы физики очага и предвестники землетрясений // Физика очага землетрясения. М.: Наука, 1975. С. 6-29].Nersesov I.L., Ponomarev V.S., Teitel'baum Yu.М., 1976. The effect of seismic quiescence in case of large earthquakes. In: Studies of earthquake physics. Nauka, Moscow, p. 140-168 (in Russian) [Нерсесов И.Л., Пономарев В.С., Тейтельбаум Ю.М. Эффект сейсмического затишья при больших землетрясениях // Исследования по физике землетрясения. М.: Наука, 1976. С. 140-168].Nersesov I.L., Ponomarev V.S., Teitel'baum Yu.М., 1976. The effect of seismic quiescence in case of large earthquakes. In: Studies of earthquake physics. Nauka, Moscow, p. 140-168 (in Russian) [Нерсесов И.Л., Пономарев В.С., Тейтельбаум Ю.М. Эффект сейсмического затишья при больших землетрясениях // Исследования по физике землетрясения. М.: Наука, 1976. С. 140-168].Popov V.L., 2013. Mechanics of Contract Interaction and Friction Physics. Fizmatlit, Moscow, 350 p. (in Russian) [Попов В.Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. М.: Физматлит, 2013. 350 с.].Popov V.L., 2013. Mechanics of Contract Interaction and Friction Physics. Fizmatlit, Moscow, 350 p. (in Russian) [Попов В.Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. М.: Физматлит, 2013. 350 с.].Popov V.L., Grzemba B., Starcevic J., Fabry C., 2010. Accelerated creep as a precursor of friction instability and earthquake prediction. Physical Mesomechanics 13 (5-6), 283-291. http://dx.doi.org/10.1016/j.physme.2010.11.009.Popov V.L., Grzemba B., Starcevic J., Fabry C., 2010. Accelerated creep as a precursor of friction instability and earthquake prediction. Physical Mesomechanics 13 (5-6), 283-291. http://dx.doi.org/10.1016/j.physme.2010.11.009.Popov V.L., Psakhie S.G., 2007. Numerical simulation methods in tribology. Tribology International 40 (6), 916-923. http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2006.02.020.Popov V.L., Psakhie S.G., 2007. Numerical simulation methods in tribology. Tribology International 40 (6), 916-923. http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2006.02.020.Ruzhich V.V., 1997. Seismotectonic Destruction of the Earth's Crust in the Baikal Rift Zone. Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, 144 p. (in Russian) [Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 с.].Ruzhich V.V., 1997. Seismotectonic Destruction of the Earth's Crust in the Baikal Rift Zone. Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, 144 p. (in Russian) [Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 с.].Ruzhich V.V., 2008. On a research method for tribochemical processes in earthquake foci. In: German-Russian Workshop "Eartquakes and Friction Physics", Abstracts Volume. Technische Universitat Berlin, Berlin, p. 13.Ruzhich V.V., 2008. On a research method for tribochemical processes in earthquake foci. In: German-Russian Workshop "Eartquakes and Friction Physics", Abstracts Volume. Technische Universitat Berlin, Berlin, p. 13.Ruzhich V.V., Khil'ko S.D., 1987. Analysis of models of earthquake foci from seismogeological positions. In: Physical Foundations of Forecasting of Rock Destruction by Earthquakes. Nauka, Moscow, p. 113-122 (in Russian) [Ружич В.В., Хилько С.Д. Анализ моделей очагов землетрясений с сейсмогеологических позиций // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород при землетрясениях. М.: Наука, 1987. С. 113-122].Ruzhich V.V., Khil'ko S.D., 1987. Analysis of models of earthquake foci from seismogeological positions. In: Physical Foundations of Forecasting of Rock Destruction by Earthquakes. Nauka, Moscow, p. 113-122 (in Russian) [Ружич В.В., Хилько С.Д. Анализ моделей очагов землетрясений с сейсмогеологических позиций // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород при землетрясениях. М.: Наука, 1987. С. 113-122].Scholz C.H., 1990. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. Cambridge University Press, Cambridge, 439 p.Scholz C.H., 1990. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. Cambridge University Press, Cambridge, 439 p.Sobolev G.A., 1993. Foundations of Earthquake Prediction. Nauka, Moscow, 313 p. (in Russian) [Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.].Sobolev G.A., 1993. Foundations of Earthquake Prediction. Nauka, Moscow, 313 p. (in Russian) [Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.].Sobolev G.А., Ponomarev V.А., 1999. Acoustic emission and stages of preparation of destruction in laboratory experiments. Vulkanologiya i Seismologiya (4-5), 50-62 (in Russian) [Соболев Г.А., Пономарев В.А. Акустическая эмиссия и стадии подготовки разрушения в лабораторном эксперименте // Вулканология и сейсмология. 1999. № 4-5. С. 50-62].Sobolev G.А., Ponomarev V.А., 1999. Acoustic emission and stages of preparation of destruction in laboratory experiments. Vulkanologiya i Seismologiya (4-5), 50-62 (in Russian) [Соболев Г.А., Пономарев В.А. Акустическая эмиссия и стадии подготовки разрушения в лабораторном эксперименте // Вулканология и сейсмология. 1999. № 4-5. С. 50-62].Vinogradov S.D., Ponomarev V.S., 1999. Experimental study of seismic regime. Priroda (3), 77-89 (in Russian) [Виноградов С.Д., Пономарев В.С. Экспериментальное изучение сейсмического режима // Природа. 1999. № 3. С. 77-89].Vinogradov S.D., Ponomarev V.S., 1999. Experimental study of seismic regime. Priroda (3), 77-89 (in Russian) [Виноградов С.Д., Пономарев В.С. Экспериментальное изучение сейсмического режима // Природа. 1999. № 3. С. 77-89].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.