ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ РАЗРУШЕНИЯ ЭШЕЛОНИРОВАННЫХ РАЗЛОМОВ И ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

В статье представлены результаты экспериментального изучения эшелонированных разломов растяжения и сжатия с приложением нагрузки к двуосной автоматически регулируемой модели. В ходе эксперимента производились синхронные замеры температур и тепловых сигналов. Для этого были использованы, соответственно, многоканальный термометрический прибор контактного типа и система регистрации тепловых сигналов. Синхронные снимки поверхностей экспериментальных образцов были получены при помощи цифровой видеокамеры на основе устройства с зарядовой связью. Был применен цифровой метод спекл-корреляции (DSCM) для анализа снимков и определения смещений и деформационных полей. Была установлена очевидная реакция тепловых полей на состояния напряжения противоположных типов в зонах сочленения эшелонированных разломов обоих типов. Перед полным разрушением зоны сочленения самые высокие значения температуры зарегистрированы на эшелонированных разломах сжатия, самые низкие – на эшелонированных разломах растяжения. С помощью метода DSCM самые высокие значения среднего напряжения в зоне сочленения дислокаций зарегистрированы на эшелонированных разломах сжатия, самые низкие – на эшелонированных разломах растяжения. В процессе деформирования эшелонированных разломов выявлены две стадии, развивающиеся от накопления напряжений и прорастания разлома в зону сочленения дислокаций до неустойчивого скольжения по разлому. Соответственно трансформируется механизм нагревания – с нагревания напряжением до нагревания трением. В самой зоне сочленения дислокаций и поблизости от неё в процессе трансформирования механизма повышения температуры наблюдались три фазы. Анализ полученных нами экспериментальных данных показал, что вариации температуры в зоне сочленения дислокации могут указывать на смещения по разлому и позволяют предположить направление смещения. Наблюдение за изменениями температуры и их изучение в процессе трансформирования механизма повышения температуры на чувствительных отрезках разломов имеют большое значение в плане раннего выявления предвестников неустойчивого смещения по активным разломам.

эшелонированные разломы, активность разломов, тепловое поле, деформационное поле, цифровой метод спекл-корреляции (DSCM)

1. Горький В.И. и др. Уходящее инфракрасное излучение Земли – индикатор сейсмической активности // Доклады АН СССР. – 1988. – Т. 301, № 1. – С. 67–69.

2. Ouzounov D., Freund F. Mid-infrared emission prior to strong earthquakes analyzed by remote sensing data // Advances in Space Research. – 2004. – V. 33. – P. 268–273.

3. Morzova L.I. Dynamics of Cloud Anomalies above Faults in Periods of Natural and Induced Seismicity // Izvestiya, Physics of the Soild Earth. – 1997. – V. 33, № 9. – P. 778–779.

4. Morzova L.I. Satellite meteorological images as carriers of information on seismic processes // Geology of Pacific Ocean. – 2000. – V. 15. – P. 439–446.

5. Tronin A.A. Satellite thermal survey – a new tool for the studies of seismoactive regions // International journal of remote sensing. – 1996. – V. 17. – P. 1439–1455.

6. Tronin A.A., Hayakawa M., Molchanov O.A. Thermal IR satellite data application for earthquake research in Japan and China // Journal of Geodynamics. – 2002. – V. 33. – P. 519–534.

7. Nusipov E., Abakanov T., Ospanov A.B., Ospanov A.M. Lugovskoe earthquake May 23, 2003 // The Fifth Kazakhstan-Chinesse IEnternaitonal Symposium: Modern Geodynamics and Seismic Risk of Central Asia. Almaty, September 24–27, 2003 – Almaty, 2003. – P. 17–18.

8. Tramutoli V. et al. TIR Satellite Techniques for monitoring the Earthquake active regions: review of the limits, achievements and perspectives // Fall Meeting, AGU, EOS, Nov. 7. 2004, T53C-06.

9. Chen M.H., Deng Z.H., Jia Q.H. The relationship between the satellite infrared anomalies before earthquake and the seismogenic fault-A case study on the 2001 Kunlun earthquake // Seismology and Geology. – 2003. – V. 25, № 1. – P. 100–108 (in Chinese).

10. Shan X.J., Qu C.Y., Ma J. Satellite thermal infrared observation and analysis on alternate activity of different segments of seismogenic fault // Journal of Geodesy and Geodynamics. – 2005. – V. 25, № 2. – P. 58–62 (in Chinese).

11. Ma J., Shan X.J. An attempt to study fault activity using remote sensing technology – A case of the Mani earthquake // Seismology and Geology. – 2000. – V 22, № 3. – P. 210–215 (in Chinese).

12. Lockner D.A.,,Okubo P.G. Measurements on Frictional Heating in Granite // Journal of Geophysical Research. – 1983. – V. 88, № B5. – P. 4313–4320.

13. Cui C.Y., Deng M.D., Geng N.G. Study on the features of spectrum radiation of rocks under different loading // Chinese Science Bulletin. – 1993. – V. 38, № 6. – P. 538–541 (in Chinese).

14. Deng M.D., Geng N.G., Cui C.Y. The study on the variation of thermal state of rocks caused by variation of stress state of rocks // Earthquake Research in China. – 1997. – V. 13, № 2. – P. 179–185 (in Chinese).

15. Dong Y.F., Wang L.G., Liu X.F. et al. The experimental research of the infrared radiation in the process of rock deformation // Rock and Soil Mechanics. – 2001. – V. 22, № 2. – P. 134–137 (in Chinese).

16. Geng N.G., Cui C.Y., Deng M.D. Remote sensing detection of rock fracturing experiment and the beginning of remote rock mechanics // Acta Seismologica Sinica. – 1992. – V. 14 (Suppl.). – P. 645–652 (in Chinese).

17. Geng N.G., Cui C.Y., Deng M.D. et al. Remote sensing rock mechanics and its application prospects // Progress in Geophysics. – 1993. – V. 8, № 4. – P. 1–7 (in Chinese).

18. Wu L.X., Wang J.Z. Features of infrared thermal image and radiation temperature of coal rocks loaded. Science in China (Ser D). – 1998. – V. 28, № 1. – P. 41–46 (in Chinese).

19. Liu S.J., Wu L.X., Wu Y.H. et al. Analysis of affecting factors and mechanics of infrared radiation coming from loaded rocks // Mine Surveying. – 2003. – V. 3. – P. 67–70 (in Chinese).

20. Qian J.D., Deng M.D., Yin J.Y. et al. A basic experimental study of earthquake prediction in terms of radar technology // Chinese Journal of Geophysics. – 2005. – V. 48, № 5. – P. 1103–1109 (in Chinese).

21. Yin J.Y., Fang Z.F., Qian J.D. et al. Research on the application of infrared remote sensing in earthquake prediction and its physical mechanism // Earthquake Research in China. – 2000. – V. 16, № 2. – P. 140–148 (in Chinese).

22. Wu L.X., Liu S.J., Wu Y.H. et al. Precursors for rock fracturing and failure – Part I: IRR image abnormalities // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2006. – V. 43. – P. 473–482.

23. Lixin Wu, Shanjun Liu, Yuhua Wu et al. Precursors for rock fracturing and failure – Part II: IRR T-Curve abnormalities // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2006. – V. 43. – P. 483–493.

24. Freund F. Time-resolved study of charge generation and propagation in igneous rocks // Journal of Geophysical Research. – 2000. – V. 105, № B5. – P. 11001–11019.

25. Freund F. Charge generation and propagation in igneous rocks // Journal of Geodynamics. – 2002. – V. 33. – P. 543–570.

26. Freund F. On the electrical conductivity structure of the stable continental crust // Journal of Geodynamics. – 2003. – V. 35. – P. 353–388.

27. Freund A.A., Takeuchi A., Lau B.W.S. Stimulated infrared emission from rocks: assessing a stress indicator // eEarth Discuss. – 2006. – V. 1. – P. 97–121.

28. Liu P.X., Liu L.Q., Chen S.Y. et al. An experiment on the infrared radiation of surficial rocks during deformation // Seismology and Geology. – 2004. – V. 26, № 3. – P. 502–511 (in Chinese).

29. Liu Peixun, Ma Jin, Liu Liqiang, Ma Shengli, Chen Guoqiang. An experimental study on variation of thermal fields during the deformation of a compressive en echelon fault set // Progress in Natural Science. – 2007. – V. 17, № 3. – P. 298–304 (in Chinese).

30. Ma Jin, Liu Li-Qiang, Liu Pei-Xun et al. Thermal precursory pattern of fault unstable sliding: An experimental study of en echelon faults // Chinese Journal of Geophysics. – 2007. – V. 50. № 4. – P. 995–1004.

31. Chu T.C., Ranson W.F., Sutton M.A. et al. Applications of Digital Image Correlation Techniques to Experimental Mechanics // Experimental Mechanics. – 1985. – V. 25. – P. 232–244.

32. Jin Guanchang, Ma Shaopeng, Pan Yishan. Analysis of localization in rock materials through DSCM // Proceedings. SPIE, – 2002. – 4537. – P. 103–106.

33. Ma S., Wang L., Jin G. Damage evolution inspection of rock using digital speckle correlation method // Key Engineering Materials. – 2006. – V. 326–328. – P. 1117–1120.

34. Xie Ruisheng. Principles of Thermodynamics (M). – Beijing: People Education Press, 1980 (in Chinese).