Медленные деформационные фронты. Модель и особенности распространения
Аннотация
Цель работы заключалась в разработке модельных представлений о природе «медленных» движений в нагружаемых твердых телах и средах и в изучении их роли в формировании критических состояний – очагов разрушения в прочной среде. Методика исследований – численное моделирование эволюции напряженно-деформированного состояния и формирования в нагружаемой среде медленных волн деформации. Разработан и обоснован вариант математической модели описания процессов совместной генерации и распространения в нагружаемых упругопластических средах как обычных волн напряжений, распространяющихся со скоростями звука, так и медленных деформационных волн неупругой природы, скорости которых на 5–7 порядков ниже скоростей звука. Исследованы особенности распространения медленных деформационных волн в прочных средах. Показано, что медленные деформационные волны при определенных условиях взаимодействуют как солитоны, проникая друг через друга. Их свойства сходны со свойствами как солитонов, получаемых решениями нелинейного уравнения Кортевега – де-Фриза, так и кинков – решений уравнения sin-Гордона. Показано, что медленные деформационные фронты активно участвуют в формировании очага разрушения, являясь эффективным механизмом переноса и перераспределения энергии в нагружаемой среде.
Об авторах
П. В. Макаров
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
Томский государственный университет
Россия
Россия
Павел Васильевич Макаров, докт. физ.-мат. наук, зав. лабораторией
Института физики прочности и материаловедения СО РАН
634055, Томск, проспект Академический, 2/4; 634050, Томск, просп. Ленина, 50
Ю. А. Хон
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Россия
Россия
Юрий Андреевич Хон, докт. физ.-мат. наук, зав. лабораторией
634055, Томск, проспект Академический, 2/4
А. Ю. Перышкин
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Россия
Россия
Алексей Юрьевич Перышкин, инженер
634055, Томск, проспект Академический, 2/4
Список литературы
1. Allen C.R., 1969. Active faulting in Northern Turkey. Contribution No. 1577. Division of Geological Sciences of California Institute of Technology, Pasadena, p. 32-34.
2. Андросов И.В., Жадин В.В., Поташников И.А. Пространственно-временная структура миграции землетрясений и сейсмические пояса // Доклады АН СССР. 1989. Т. 306. № 6. С. 1339–1342.
3. Bornyakov S.A., Salko D.V., Seminsky K.Zh., Demberel S., Ganzorig D., Batsaihan T., Togtohbayar S., 2017. Instrumental recording of slow deformation waves in the South Baikal geodynamic study site. Doklady Earth Sciences 473 (1), 371–374. https://doi.org/10.1134/S1028334X17030229.
4. Bott M.H.P., Dean D.S., 1973. Stress diffusion from plate boundaries. Nature 243 (5406), 339–341. https://doi.org/10.1038/243339a0.
5. Bykov V.G., 2005. Strain waves in the Earth: theory, field data, and models. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 46 (11), 1158–1170.
6. Bykov V.G., 2015. Nonlinear waves and solitons in models of fault block geological media. Russian Geology and Geophysics 56 (5), 793–803. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.04.010.
7. Bykov V.G., Trofimenko S.V., 2016. V Slow strain waves in blocky geological media from GPS and seismological observations on the Amurian plate. Nonlinear Processes in Geophysics 23 (6), 467–475. https://doi.org/10.5194/npg-23-467-2016.
8. Губерман Ш.А. О некоторых закономерностях возникновения землетрясений // Доклады АН СССР. 1975. Т. 224. № 3. С. 573–576.
9. Губерман Ш.А. D-волны и землетрясения // Теория и анализ сейсмологических наблюдений / Ред. В.И. Кейлис-Борок. Вычислительная сейсмология. Вып. 12. М.: Наука, 1979. C. 158–188.
10. Kasahara K., 1979. Migration of crustal deformation. Tectonophysics 52 (1–4), 329–341. https://doi.org/10.1016/0040-1951(79)90240-3.
11. Kasahara M., Shichi R., Okada Y., 1983. On the cause of the long period crustal movement. Tectonophysics 97 (1–4), 327–336. https://doi.org/10.1016/0040-1951(83)90161-0.
12. Klyuchevskii A.V., 2011. Episodes of high correlation between annual rates of earthquakes: the Baikal Rift zone. Journal of Volcanology and Seismology 5 (1), 53–59. https://doi.org/10.1134/S0742046311010039.
13. Klyuchevskii A.V., Bayar G., Bum-Ochir S., 2010. Synchronization episodes in annual numbers of earthquakes in the Mongolian-Baikal Region. Doklady Earth Sciences 431 (1), 339–344. https://doi.org/10.1134/S1028334X10030165.
14. Klyuchevskii A.V., Demberel S., Dem’yanovich V.M., Bayaraa G., 2017. Diagnostics of the stress state of the lithosphere in Mongolia based on seismic source data. Doklady Earth Sciences 473 (2), 433–437. https://doi.org/10.1134/S1028334X17040018.
15. Кочарян Г.Г. Инициирование природных катастроф и техногенных аварий сейсмическими колебаниями малой амплитуды // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2012. № 6. С. 483–496.
16. Kuz’min Y.O., 2012. Deformation autowaves in fault zones. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 48 (1), 1–16. https://doi.org/10.1134/S1069351312010089.
17. Lund P., 1983. Interpretation of the precursor to 1960 Great Chilean earthquake as a seismic solitary wave. Pure and Applied Geophysics 121 (1), 17–26. https://doi.org/10.1007/BF02590117.
18. Majewski E., 2006. Rotational energy and angular momentum of earthquakes. In: R. Teisseyre, E. Majewski, M. Takeo (Eds.), Earthquake source asymmetry, structural media and rotation effects. Springer, Berlin, Heidelberg, p. 217–225. https://doi.org/10.1007/3-540-31337-0_16.
19. Макаров П.В. Математическая теория эволюции нагружаемых твердых тел и сред // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 3. С. 19–35.
20. Makarov P.V., Eremin M.O., 2014. Jerky flow model as a basis for research in deformation instabilities. Physical Mesomechanics 17 (1), 62–80. https://doi.org/10.1134/S1029959914010081.
21. Makarov P.V., Eremin M.O., 2018. Rock mass as a nonlinear dynamic system. Mathematical modeling of stress-strain state evolution in the rock mass around a mine opening. Physical Mesomechanics 21 (4), 283–296. https://doi.org/10.1134/S1029959918040021.
22. Makarov P.V., Peryshkin A.Y., 2017a. Slow motions as inelastic strain autowaves in ductile and brittle media. Physical Mesomechanics 20 (2), 209–221. https://doi.org/10.1134/S1029959917020114.
23. Макаров П.В., Перышкин А.Ю. Солитоноподобный характер медленных волн деформации в нагруженной среде // Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Материалы XXVII Международной научной школы им. академика С.А. Христиановича. Симферополь: Таврический национальный университет, 2017. С. 153–157.
24. Макаров П.В., Романова В.А., Балохонов Р.Р. Моделирование неоднородной пластической деформации с учетом зарождения локализованных пластических сдвигов на границах раздела // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4. № 5. С. 29–39.
25. Mikhailov D.N., Nikolaevskii V.N., 2000. Tectonic waves of the rotational type generating seismic signals. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 36 (11), 895–902.
26. Mogi K., 1968. Migration of seismic activity. Bulletin of the Earthquake Research Institute Tokyo University 46, 53–74.
27. Mogi K., 1988. Downward migration of seismic activity prior to some great shallow earthquakes in japanese subduction zones – a possible intermediateterm precursor. Pure and Applied Geophysics 126 (2–4), 447–463. https://doi.org/10.1007/BF00879006.
28. Николаевский В.Н. Дилатансионная реология литосферы и волны тектонических напряжений // Основные проблемы сейсмотектоники / Ред. Ю.К. Щукин. М.: Наука, 1986. С. 51–68.
29. Николаевский В.Н. Тектонические волны Земли // Природа. 1991. № 8. С. 17–23.
30. Николаевский В.Н. Математическое моделирование уединенных деформационных и сейсмических волн // Доклады АН. 1995. Т. 341. № 3. С. 403–405.
31. Nishimura T., Ozawa S., Murakami M., Sagiya T., Tada T., Kaidzu M., Ukawa M., 2001. Crustal deformation caused by magma migration in the northern Izu Islands, Japan. Geophysical Research Letters 28 (19), 3745–3748. https://doi.org/10.1029/2001GL013051.
32. Опарин В.Н., Сашу-рин А.Д., Леонтьев А.В. Деструкция земной коры и процессы самоорганизации в области сильного техногенного воздействия. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 632 с.
33. Richter C.F., 1958. New dimensions in seismology: earthquakes are characterized by geographical position, instant of occurrence, depth, and magnitude. Science 128 (3317), 175–182. https://doi.org/10.1126/science.128.3317.175.
34. Ружич В.В., Левина Е.А. Сейсмомиграционные процессы как отражение внутренней динамики в зонах внутриплитных и межплитных разломов // Современная геодинамика Центральной Азии и опасные природные процессы: результаты исследований на количественной основе: Материалы Всероссийского совещания и молодежной школы по современной геодинамике (г. Иркутск, 23–29 сентября 2012 г.). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2012. Т. 2. С. 71–74.
35. Шерман С.И. Деформационные волны как триггерный механизм сейсмической активности в сейсмических зонах континентальной литосферы // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 2. С. 83–117. https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-2-0093.
36. Sherman S.I., Gorbunova E.A., 2008a. Variation and origin of fault activity of the Baikal rift system and adjacent territories in real time. Earth Science Frontiers 15 (3), 337–347. https://doi.org/10.1016/S1872-5791(08)60069-X.
37. Шерман С.И., Горбунова Е.А. Волновая природа активизации разломов Центральной Азии на базе сейсмического мониторинга // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 1. С. 115–122.
38. Sherman S.I., Savitskii V.A., Sorokin A.P., 2005. New methods for the classification of seismoactive lithospheric faults based on the index of seismicity. Doklady Earth Sciences 401 (3), 413–416.
39. Smolin I.Y., Makarov P.V., Kulkov A.S., Eremin M.O., Bakeev R.A., 2018. Blow-up modes in fracture of rock samples and Earth’s crust elements. Physical Mesomechanics 21 (4), 297–304. https://doi.org/10.1134/S1029959918040033.
40. Takahashi K., Seno T., 2005. Diffusion of crustal deformation from disturbances arising at plate boundaries – a case of the detachment beneath the Izu Peninsula, central Honshu, Japan. Earth, Planets and Space 57 (10), 935–941. https://doi.org/10.1186/BF03351873.
41. Toksӧz M.N., Shakal A.F., Michael A.J., 1979. Space-time migration of earthquakes along the North Anatolian fault zone and seismic gaps. Pure and Applied Geophysics 117 (6), 1258–1270. https://doi.org/10.1007/BF00876218.
42. Уломов В.И. Волны сейсмогеодинамической активизации и долгосрочный прогноз землетрясений // Физика Земли. 1993. № 4. С. 43–53.
43. Жадин В.В. Пространственно-временные связи сильных землетрясений // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1984. № 1. С. 34–38.
44. Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. Новосибирск: Наука, 2008. 328 с.
Для цитирования:
Макаров П.В., Хон Ю.А., Перышкин А.Ю. Медленные деформационные фронты. Модель и особенности распространения. Геодинамика и тектонофизика. 2018;9(3):755-769. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0370
For citation:
Makarov P.V., Khon Yu.A., Peryshkin A.Yu. Slow deformation fronts: model and features of distribution. Geodynamics & Tectonophysics. 2018;9(3):755-769. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0370
Просмотров: 498
Послать статью по эл. почте 