Menu

Физико-химические аспекты

Введение

Длительное время опыт и идеи лабораторного моделирования сейсмического процесса широко использовались в постановке реального мониторинга и анализа его данных. Однако этот опыт не приблизил нас к решению практической задачи точного прогноза места сильнейших землетрясений и их времени в краткосрочном периоде, т.е. нескольких суток. В тоже время в последние двадцать - тридцать лет были обнаружены сложные пространственно - временные изменения параметров блочной литосферы. Наблюдавшуюся изменчивость параметров геологической среды на различном пространственном масштабе и в широком диапазоне периодов нельзя было понять в рамках представлений, учитывающих только особенности подготовки разрушения в лабораторных условиях. Вспомним, что еще в 1980 г. М.А. Садовский и В.И. Мячкин в предисловии к сборнику статей "Физические процессы в очагах землетрясений" (Москва, Наука) отмечали, что "применение достижений физики разрушения технических материалов и образцов горных пород к пространственно-временным масштабам разрушения горных масс является принципиально значительно более сложным и намного менее очевидным".

Действительно, в геологической среде крупномасштабные разрывы (вызывающие сильные землетрясения) происходят с определенной регулярностью в одних и тех же межблоковых (граничных) структурах, т.е. в пределах уже существующих границ. А в лабораторных представлениях речь идет о монолитных образцах или целостном сейсмическом блоке в геологической среде. Уже здесь видны противоречия лабораторного моделирования. После разрушения лабораторного образца сам образец "исчезает", а геологическая среда после разрушения сохраняет свою конструкционную целостность и способна к "воспроизводству" следующего разрушения.

Можно обратить внимание на ряд особенностей возмущений различных полей перед разрушением лабораторного образца и геологической среды. В образце, при его постепенном нагружении до предельного уровня, изменения различных параметров связаны с прогрессирующим трещинообразованием, стягивающимся к будущей области разрыва. При нагружении образца разрушение неотвратимо и поэтому любые возмущения каких-либо полей можно считать предвестниками разрушения. Возмущения различных параметров в геологической среде весьма странные, они наблюдаются на значительном расстоянии от граничной структуры, где происходит крупномасштабный разрыв. Причем между зоной возмущения какого-либо параметра находятся другие граничные структуры, вдоль которых ничего не происходит. Или, наблюдаются возмущения параметров среды, а сильное землетрясение не происходит. Или, длительное региональное возмущение параметров среды закончилось, а крупномасштабный разрыв происходит в этой зоне или вблизи ее границ через год - два. Или, различные возмущения параметров среды не чувствительны к акту землетрясения. Что происходит со средой и в среде?

Уже сейчас можно говорить о том, что сильные землетрясения происходят в период эндогенного возбуждения большой территории сейсмоактивного региона. И положение эпицентральной зоны в этом регионе было достаточно случайным. Об этом писал в конце 80-годов прошлого века М.А. Садовский. Эта территория, по данным сейсмического мониторинга, выделяется достаточно надежно и для нее могут быть осуществлены среднесрочная оценка сейсмической опасности и краткосрочный прогноз времени. Все это большие достижения различных наук, включая сейсмологию, занимающиеся проблемами физики и прогноза сильных землетрясений. Но эти же данные показывают, что существующий опыт мониторинга и уровень понимания проблемы совершенно недостаточны для реализации реального прогноза сильнейших землетрясений, и мы должны изменить наши представления о геологической среде и процессах, ответственных за подготовку в граничных структурах очагов сильных землетрясений. Это также значимое достижение наук о землетрясениях.

Многочисленные данные мониторинга геологической среды отражают ее необычное поведение, которое невозможно понять на основе привычных механистических представлений. Высокая подвижность блоковой структуры литосферы и непрерывная изменчивость ее параметров указывают на то, что не учитываются более быстрые и распределенные по среде (по глубине и латерали) процессы, характерные как сейсмоактивным, так и асейсмичным регионам. Эти процессы являются следствием взаимодействия восходящих потоков легких газов (водород и гелий) с твердой фазой литосферы и вертикальной аккреции вещества, протекающие в пределах верхняя мантия - средняя кора. В целом же это физико-химические процессы, контролирующие изменчивость объемно-напряженного состояния среды.

В представленной читателю книге обосновывается и рассматривается роль этих процессов в возбуждении сейсмичности и формировании очагов землетрясений различной силы. Предложена концепция динамической неустойчивости геологической среды. На ее основе могут быть объяснены причины неудач в прогнозировании сильных землетрясений. Эти причины связываются не с пропусками возмущений каких-либо полей, а с не адекватным пониманием сейсмотектонических ситуаций. Можно ожидать, что учет реальных процессов, контролирующих сейсмичность различного уровня, позволит предложить новые подходы к мониторингу сейсмической опасности, а также к регулированию сейсмического режима.

На работы автора и обоснование направлений исследований в предложенной концепции значительное влияние оказали труды академика РАН М.А. Садовского, чл.-корр. РАН А.В. Николаева и чл.-корр. РАН Г.А. Соболева. Необходимо особо подчеркнуть роль М.А. Садовского в подготовке идеологии смены основной парадигмы в представлениях о геологической среде и сейсмическом процессе. Этому способствовали данные мониторинга сейсмической опасности, обобщенные в работах сотрудников Института физики Земли РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Камчатской опытно-методической сейсмологической партии ГС РАН и других Институтов. Автор искренне благодарен своим коллегам Г.А. Гусеву, М.И. Матвеевой и Р.А. Лютикову, с кем разделяли все трудности постановки новых работ. Особую благодарность автор испытывает к сотрудникам НПО "ЛУЧ" Минатома РФ, реализовавших в весьма сложные 1990 - 1992 годы моделирование неустойчивости горных материалов при имплантации в них водорода и гелия. Эти работы выполнены под руководством М.И. Матвеевой и Р.А. Лютикова. Коллеги особо отмечают блестящие исследования Федоровой Н.И. по петрографическому выделению треков движения гелия и водорода при их имплантации в горные материалы. Автор хотел бы также подчеркнуть, что без поддержки академиком РАН В.Н. Страховым эти работы вряд ли были бы выполнены.

Автор весьма признателен чл.-корр. РАН А.В. Николаеву, чл.-корр. РАН Г.А. Соболеву, профессору О.А. Похотелову, профессору Л.Е. Собисевичу и доктору физико-математических наук А.Л. Собисевичу за постоянное внимание и поддержку.

Работа выполнена при частичной поддержке Программы № 16 фундаментальных исследований Президиума РАН "Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы" и гранта РФФИ 06-05-64048.

В жизни все являются учениками друг друга... Но каждый должен идти своим путем.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:5241 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8407 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:5189 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Лазерні геодезичні прилади

У лазерних геодезичних приладах як випромінювач світлового потоку використовують оптичні квантові генератори (лазери). Лазери бувають твердотілі, газові, рідинні й напівпровідникові. У геодезичних приладах використовують газові й напівпровідникові лазери. Напівпровідникові лазери застосовують...

30-05-2011 Просмотров:6777 Інженерна геодезія

Основні елементи траси тунелю

Запроектована траса тунелю в плані складається із прямих ділянок і кругових кривих, а в профілі - з горизонтальних і похилих прямих відрізків, сполучених вертикальними круговими кривими. Вісь траси тунелю, що...

30-05-2011 Просмотров:4639 Інженерна геодезія

Характер изменения волновой нагрузки на …

Согласно инженерной теории обтекания преград, равнодействующая волнового давления представляет собой не статически приложенную, а изменяющуюся во времени возмущающую силу [см. формулы (3.6)]. Знать характер изменения волнового давления во времени важно...

12-01-2011 Просмотров:3953 Морские буровые моноопорные основания