диссертация (1097841), страница 28

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

Текст из файла (страница 28)

Эти функциональные особенности достаточно182грубы по отношению к форме распределения трещин по параметрам.Наблюдавшееся в окрестности многих землетрясений изменение фазымодуляции на  радиан, таким образом, можно объяснить сильным сдвигомположения релаксационного максимума (относительно фиксированной частотынаблюдения)врезультатедостаточнобыстрогоизменениянапряженно-деформированного состояния среды.Что касается наиболее устойчиво отмечавшегося практически перед всемисильными землетрясениями эффекта стабилизации фазы модуляции ВСШ, онтакжеможетбытьобъяснентем,чтоврезультатенакопленияпередземлетрясением сильных и не меняющих знак напряжений обеспечиваетсястабилизация положения релаксационного максимума на оси частот относительнонаблюдаемой компоненты сигнала.

Напротив, после снятия накопившегосянапряжения в результате землетрясения остающиеся фоновые напряжения идеформации, хотя и заметно превышающие приливные, некоторое время неявляются стабильными и могут существенно менять не только величину, но и знак.Следствием этого должна быть нестабильность положения релаксационногомаксимума и, соответственно, нестабильность фазы модуляции, как поясненовыше. Схематично эффект противофазной модуляции декремента на разныхсклонах релаксационной кривой проиллюстрирован на рисунке 4.8.Наконец, можно отметить, что наблюдаемое в окрестности многихземлетрясений выраженное временное доминирование модуляции ВСШ на второйгармонике приливного воздействия (см.

пример таких наблюдений на рисунке 4.2)такжехорошосогласуетсяспредлагаемойдиссипативноймоделью.Действительно, при отмеченной выше смене в окрестности землетрясенияотносительногоположениянаблюдаемойчастотнойкомпонентыВСШирелаксационного максимума (где наклон касательной обращается в ноль, см.рисунок 4.8) следует ожидать временного значительного понижения уровнямодуляциинаосновнойгармоникеи,соответственно,значительногодоминирования модуляции на удвоенной частоте, как на рисунке 4.2 (г).

Нарисунке 4.9 для пояснения показана нормированная релаксационная кривая вида(4.15) или (4.29), положение которой синусоидально модулируется с размахом 7%,183Рисунок 4.8 – Схематическое пояснение противофазного изменения декремента поразные стороны от максимума релаксационной кривой при её периодическомсмещении под действием приливных деформаций. В силу почти нулевойпроизводной вблизи максимума при любом направлении его смещения знакизменения декремента одинаков, в связи с чем в этой области в модуляциипоглощения преобладает вторая гармоника.Рисунок 4.9 – Нормированная релаксационная кривая (а) и амплитуды генерациипервой и второй модуляционных гармоник в зависимости от положения частотынаблюдения на этой кривой (б). На рисунке (б) сплошная линия — перваягармоника, штриховая линия — вторая гармоника.

При моделированиипредполагалось, что положение релаксационного максимума варьируется навеличину 7 %. Получающееся при этом соотношение уровней гармоник (панель(б)) удовлетворительно согласуется с характерным наблюдаемым соотношением(см. рисунок 4.2).184и приведены расчетные зависимости амплитуд первой и второй гармоникмодуляции как функции положения частоты наблюдения ВСШ на релаксационнойкривой. Для расчета уровней гармоник модуляции, ввиду того, что вариацииинтенсивности принимаемых шумов пропорциональны вариациям размера областиих сбора (т.е.

вариациям декремента, см. выражение (4.13)), достаточно выделитьэти гармоники в изменении величины декремента на интересующей частотенаблюдения(которуюудобновзятьвнормированномвиде)rприсинусоидальной модуляции положения релаксационного максимума с выбраннойвеличиной размаха. Видно, что для 1 , т.е. вблизи максимума релаксационнойrкривой, первая гармоника имеет локальный провал, и существует точка перегиба maxпри аргументе 1.6 , для которого вторая гармоника обращается в ноль,rхотя модуляция на первой гармонике остается значительной.

Можно отметить, чтоситуации, когда при значительном уровне основной гармоники модуляции имеетсявыраженныйпроваламплитудывторойгармоники,такженаблюдаютсяэкспериментально (например, такой провал для второй гармоники виден нарисунке 4.2 (в) в окрестности точки -25 сут., где амплитуда первой гармоники нарисунке 4.2 (б) остается значительной.Заключение к Главе 4Рассмотренная наглядная модель микронеоднородной среды, учитывающаянесколько очень общих и хорошо известных особенностей горных пород и имподобных микронеоднородных сред, позволила, во-первых, получить оценкинелинейно-упругих свойств, хорошо согласующиеся как с лабораторнымиданными по их “гигантской” [Руденко, 2006] нелинейности, так и с натурнымиэкспериментами по приливной модуляции скоростей сейсмических волн отискусственных высокостабильных источников [Reasenberg, Aki, 1974; Глинский идр., 1999; Solodov, Korshak, 2002; Боголюбов и др., 2004]).Кроме того, из рассмотренной модели естественно вытекает вывод об185обусловленных нелинейностью дефектов сопутствующих вариациях не толькоупругих, но и диссипативных свойств среды.

Такие изменения диссипацииоказываются очень значительными (так что даже в акустическом диапазонедеформаций   10-5 они могут достигать десятков и сотен процентов [Зайцев,Матвеев, 2006]), но совершенно не требуют существования “истинно нелинейной”(например, гистерезисной) диссипации на дефектах, а возникают благодарякомбинированному действию упругой нелинейности и линейного поглощения.Поэтому такая модель среды позволяет интерпретировать не только данные повыраженной приливной модуляции скоростей, но и амплитуд сигналов стабильныхсейсмических источников [Глинский и др., 1999; Боголюбов и др., 2004], что ненаходило объяснения в рамках чисто упруго-нелинейных и/или гистерезисныхмоделей и требовало феноменологического привлечения амплитудно-зависимыхпотерь иного происхождения [Боголюбов и др., 2004].Наконец, рассмотренная модель также позволяет предложить механизм иполучить хорошо согласующиеся с наблюдениями оценки (при тех же параметрах,“откалиброванных” по данным для искусственных сигналов) и для известногосвыше 30 лет, но не находившего удовлетворительной физической интерпретацииэффекта приливной модуляции эндогенных сейсмических шумов [Рыкунов и др.,1980; Diakonov et al., 1990; и др.].В контексте предложенного диссипативного механизма эффекта приливноймодуляции для двух характерных случаев сухих и флюидонасыщенных трещинпроведено обсуждение механизмов диссипации, модифицированных с учетомодних и тех же особенностей неровности поверхностей, характерных для реальныхтрещин.

Анализ показал, что предлагаемый механизм приливной модуляцииявляется достаточно грубым по отношению к распределению параметров трещин,причем для его работоспособности достаточно очень небольшой (порядка процентаи даже менее) доли трещин с “нужными” геометрическими особенностями.Заведомо имеющие место в горных породах медленные релаксационные процессы(связанные с фильтрацией жидкости, постепенным разрывом/восстановлениемадгезионных связей и т.п.) не меняют основные полученные выводы, но, конечно,должны сглаживать предсказываемые рассмотренной моделью резкие скачки фазы186(что согласуется с наблюдениями, см., например, рисунок 4.2).В рамках предложенного механизма удается объяснить не тольконаблюдаемый уровень модуляции, но и ряд ее существенных качественныхособенностей: эффект стабилизации фазы перед сильными землетрясениями ичасто наблюдаемый после землетрясения скачок фазы на  рад., а также изменениясоотношения амплитуд основной и второй гармоник в окрестности моментаземлетрясения.

Несмотря на остающуюся гипотетическую возможность прямоговлияния приливных деформаций на саму эмиссию ВСШ, имеющиеся данные поособенностям приливной модуляции ВСШ хорошо согласуются с предсказаниямимодели.Кромеподкрепляетсятого,предложеннаянаблюдениямидиссипативнаяамплитудно-фазовоймодельнезависимоприливноймодуляцииизлучения искусственных сейсмоакустических источников [Глинский и др., 1999;Боголюбов и др., 2004], к которым гипотетическое влияние приливов на источникиэмиссии заведомо не имеет отношения.Выводы к Главе 4:1) Предложенвозможныйсейсмическихмеханизмшумов за счетобусловленнойприливноймодуляциинегистерезисныммодуляцииразмераэндогенныхобласти ихамплитудно-зависимымсбора,поглощениемвземных породах.2) Модель рассмотрена на реологическом и физическом уровнях.3) Обсуждены два важнейших случая − сухие и флюидонасыщенные породы.

Вобоих случаях показана принципиальная важность наличия в содержащихся впороде трещинах внутренних полосковых контактов (даже в малом количестве).4) Предложенный механизм позволяет дать объяснение ряду экспериментальнообнаруженныхособенностейприливноймодуляциивысокочастотныхсейсмических шумов: (i) глубина модуляции порядка первых процентов, (ii)стабилизацияфазымодуляциивпериод,предшествующийсильномуземлетрясению, (iii) часто отмечаемое изменение фазы на противоположнуюпосле возникновения землетрясения.187На защиту выносится:Механизм приливной модуляции эндогенных сейсмических шумов за счетмодуляцииразмераобластиихсбора,обусловленнойнегистерезиснымамплитудно-зависимым поглощением в земных породах, позволивший датьобъяснение ряду экспериментально обнаруженных особенностей ВСШ.Основные результаты Главы 4 опубликованы в журнальных статьях изавторского списка (Приложение 4): [21, 26].188ГЛАВА 5 ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЛИВНОЙМОДУЛЯЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВВ этой главе представлены результаты лабораторных экспериментов,направленных на моделирование воздействия земных приливов на сейсмическиепроцессы.

Непосредственно эксперименты описаны в разделе 5.1, а анализполученных данных приведен в разделе 5.2.5.1. Эксперименты по деформированию образцов песчаникав условиях одноосного сжатияК настоящему времени накоплен достаточно большой объем данных овоздействии земных приливов на сейсмичность в целом и на ее нижнийэнергетический уровень – высокочастотный сейсмический шум в частности. За 30лет, прошедшие с открытия амплитудной модуляции сейсмических шумовдлиннопериодными деформационными процессами (один из которых – земныеприливы) [Рыкунов и др., 1984], получены результаты, не только подтвердившиеоткрытие, но и продемонстрировавшие новые аспекты модуляции: нестабильностьво времени, связь с напряженным состоянием. Однако анализ данных, полученныхтолько по естественным наблюдениям, не может дать полного объяснениявыявленных эффектов.

Поэтому были проведены эксперименты, направленные навоспроизведение влияния земных приливов на сейсмичность в контролируемыхлабораторных условиях. Аналогом сейсмических событий здесь выступаютимпульсы акустической эмиссии (АЭ). Тектонические деформации имитируютсяодноосным сжатием с постоянной скоростью, приливы − наложением на негослабых периодических вариаций. Для соблюдения подобия между натурныминаблюдениями и лабораторным экспериментом амплитуда слабых вибрацийдолжна быть на несколько порядков меньше среднего уровня фоновойдеформации. В природе это соотношение достигает 10-3: приливные деформации −10-7 − 10-8, тектонические деформации − 10-4 − 10-5.Лабораторное моделирование проведено в Геофизической обсерватории189“Борок” Института физики Земли РАН.

Характеристики

Список файлов диссертации