Автореферат (1097840), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Dissipation in microinhomogeneous solids: inherent amplitude-dependent attenuation of a non-hysteretical and non-frictional type // Acta Acust. Acustica. 2000. Vol.86. P.429–45.32I ( ) iAi22 exp[  ( ) r ]  2 r dr   r ( ) .0Отсюда следует, что относительные вариации интенсивности принимаемого шума определяются, прежде всего, изменением диссипации:       I ( )  / ,I ( )  ( )    ( )  E, 2EПриняв умеренное значение параметра собственной нелинейности дефекта    = 5и значение параметра мягкости  в диапазоне 10-5 − 10-6, для амплитуды приливныхдеформаций  0 ~ 10-8 ожидаемая величина индуцированных вариаций эндогенногоI ( )~ 0.01  0.1 .

Эта оценка прекрасно согласуется с характернойшума составляетI ( )глубиной наблюдаемых вариаций сейсмического шума.Обращено внимание на то, что вариации упруго-диссипативных свойств трещины, сопоставимые по величине со случаем ее полного закрытия, могут иметь место иза счет деформирования имеющихся в реальных трещинах внутренних контактов, состояние которых может существенно изменяться, даже если раскрытие трещины в целом изменилось еще незначительно.

При этом с точки зрения изменения упругодиссипативных свойств эффективные значения показателя мягкости  порядка10-6 − 10-7 могут быть достигнуты и для трещин с вполне реалистичными значениямиаспект отношения  ~ 10-5 − 10-3. Такие средние значения  позволяют им еще не закрываться при средних деформациях среды, гораздо больших, чем  ~  ~ 10-6 − 10-7.Дальнейший анализ проведен, используя уже не реологический подход, а физические механизмы диссипации, которая должна иметь место в реальных неровных трещинах с внутренними контактами.Рассмотрены два важнейших для горных пород случая: сухие трещины с внутренними контактами, на которых эффективно происходит диссипация упругой энергииза счет термоупругого механизма, и трещины аналогичной геометрии, но насыщенныежидкостью.Ключевую роль при этом играет тот факт, что поверхности трещин обычно имеют волнистую форму.

Изначально совпадавшие волнистые поверхности при возникновении трещины обычно не просто параллельно раздвигаются по нормали, но и смещаются тангенциально, способствуя образованию внутренних контактов (или перетяжек),которые преимущественно имеют удлиненную, “полосковую” форму, как схематически изображено на рис. 12.Для обсуждаемых малых (типичных для ВСШ) деформаций хорошо известен механизм достаточно эффективной диссипации благодаря локально повышенным на суучитывая, что для микронеоднородных сред33хой трещине термоупругим потерям.

Рассматривается модификация этого механизма сучетом полосковых контактов.АБРисунок 12 – Два типа рассматриваемых трещинА) Трещина с волнистыми поверхностями без внутреннего контакта (а) и при наличии полоскового контакта (б) размером Lc  l. При Lc  l полосковый контакт переходит в точечный. Б)Трещина с локальным сужением, в области которого концентрируются градиенты скорости и~давления заполняющей жидкости. Сужение имеет раскрыв h , много меньший среднего рас~крыва h трещины и длину l  L .Рисунок 13 – Кривые релаксационного поглощения в случае одинаковых контактов: 1– невозмущенная кривая при фоновой средней деформации  0; 2 – возмущенная кривая,максимум которой сдвинут на 10% по осичастот; 3 – отдельно показанная частотнаязависимость поправки к исходной кривой.Подчеркнем следующие важные особенности релаксационной кривой в случаетермоупругого поглощения на внутреннем контакте в трещине.

При относительно небольшом изменении среднего раскрыва трещины происходит, прежде всего, изменениеширины полоскового контакта без существенного изменения его длины. Изменениерелаксационной частоты l (за счет изменения ширины контакта) приводит к тому, чтопик поглощения смещается, как схематически показано на рис. 13. При таком смещении пика для волн с частотами  > l и  < l изменения поглощения имеют противоположные знаки. Иными словами, небольшое по величине почти синусоидальное изменение положения максимума (например, под влиянием приливных деформаций) дляволн с частотами  > l и  < l должно вызывать модуляцию величины поглощения спротивоположными фазами (сдвинутыми на  радиан). Если же выбранная частотанаблюдения  первоначально находится с одной стороны от максимума, то при достаточно сильном смещении его среднего положения (например, под действием болеесильных тектонических напряжений) она может оказаться по другую сторону от максимума.

В результате первоначальная фаза приливной модуляции такой волны должна34сменится на противоположную.Проведена оценка степени влияния приливных и фоновых тектонических деформаций на положение релаксационного максимума термоупругого поглощения: изменение положения релаксационного максимума для приливного воздействия на единицы и даже десятки процентов, а для тектонических деформаций 10-6 − 10-5 – в несколько раз.

В результате наблюдаемая частотная компонента ВСШ, находившаяся по однусторону от максимума, после столь значительного изменения его положения можетоказаться лежащей на другом склоне кривой поглощения после землетрясения, чтоприведет к смене фазы приливной модуляции на противоположную. Подобный эффектможет наблюдаться также в процессе подготовки землетрясения при росте тектонических деформаций, тогда смена фазы приливной модуляции произойдет до землетрясения.Показано, что внутренние контакты с шириной l ~ 100 мкм могут обеспечиватьвклад в амплитудно-зависимое поглощение, достаточный для получения относительных изменений декремента на уровне нескольких процентов под влиянием приливныхдеформаций. При этом под действием тектонических напряжений положение релаксационного максимума может попадать в диапазон порядка десятков герц и сдвигаться вшироких пределах относительно частоты f = 30 Гц, использовавшейся в обсуждаемыхнаблюдениях ВСШ, описанных в Главе 3.Показано, что полученные для одиночного контакта выводы о противоположныхзнаках изменения поглощения по разные стороны от релаксационного максимума приего сдвиге остаются в силе для ансамбля контактов, распределенных по параметрам,что должно иметь место в реальных горных породах.При рассмотрении трещин, содержащих вязкую жидкость, ключевую рольтакже играют уже обсуждавшиеся волнообразные неровности поверхностей реальныхтрещин, которые могут создавать в трещине перетяжки, почти перекрывающие сечение трещины.

При наличии такой тонкой перетяжки именно в ее окрестности локализуются вязкие потери за счет локально повышенных градиентов скорости и давления впотоке и, соответственно, сильно меняется величина характерной релаксационной частоты вязкостного происхождения. Так же как и величина поджатия контактов в случае термоупругих потерь, раскрытие трещины в области тонкой перетяжки может бытьмногократно (на 2 − 3 порядка) более чувствительно к средней деформации окружающего материала. Поэтому приливные деформации с  ~ 10-8 становятся способнымисущественно менять параметры потока вблизи перетяжки, хотя изменения среднегораскрытия трещины остаются еще пренебрежимо малыми.

Показано, что для флюидонасыщенных трещин тоже имеет место знакопеременное изменение величины декремента в зависимости от взаимного положения частоты релаксационного максимума инаблюдаемой частотной компоненты сигнала. Следовательно, при сильном изменениифонового тектонического напряжения также может происходить изменение их относительного положения и смена фазы приливной модуляции на противоположную.35Проведенное рассмотрение двух важнейших для трещин механизмов диссипации, не имеющих порогового по амплитуде характера и потому полностью применимых к ВСШ с деформациями 10-13 − 10-11, показывает, что учет полосковых неровностей (контактов и перетяжек), имеющихся в реальных трещинах, приводит к выводу,что приливные деформации могут обеспечить вариации декремента на уровне от единиц до десятка процентов.

Это может соответствовать аналогичной по уровню модуляции интенсивности принимаемых ВСШ за счет вариации размера эффективной области сбора шумов. При этом для согласования с уровнем эффекта, традиционнонаблюдающегося в диапазоне десятков герц, должно быть достаточно очень небольшой доли трещин с “нужными” характеристиками от их общего числа: порядка единицпроцентов в случае термоупругого механизма, и еще значительно меньшая доля можетбыть достаточна в случае флюидонасыщенных трещин.Показано, что одинаковые качественные (функциональные) особенности термоупругой и вязкой релаксации, указывающие на возможность изменения фазы модуляции на  радиан в зависимости от относительного положения релаксационного максимума и выбранной частоты наблюдения, достаточно грубы по отношению к формераспределения трещин по параметрам. Наблюдавшееся в окрестности многих землетрясений изменение фазы модуляции на  радиан, таким образом, можно объяснитьсильным сдвигом положения релаксационного максимума (относительно фиксированной частоты наблюдения) в результате достаточно быстрого изменения напряженнодеформированного состояния среды.Что касается наиболее устойчиво отмечавшегося практически перед всеми сильными землетрясениями эффекта стабилизации фазы модуляции ВСШ, он также можетбыть объяснен тем, что в результате накопления перед землетрясением сильных и неменяющих знак напряжений обеспечивается стабилизация положения релаксационного максимума на оси частот относительно наблюдаемой компоненты сигнала.

Характеристики

Список файлов диссертации