CC BY
51
Изучение влияния водонасыщения и вибраций на режим смещений в зонах разломов
С.Г. Псахье, В.В. Ружич1, Е.В. Шилько, С.В. Астафуров, О.П. Смекалин1
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 634021, Россия 1 Институт земной коры СО РАН, Иркутск, 664033, Россия
Данная работа посвящена анализу результатов, полученных при изучении механизмов инициации смещений в зонах сейсмо-опасных разломов. Режим диссипации накопленной энергии недр связан с трещиноватостью, зонами активные разломов и прежде всего со смещениями в них. В работе рассматриваются результаты изучения в активном режиме смещений в разломе на полигоне в п. Листвянка, а также результаты компьютерного моделирования с использованием метода подвижныгх клеточныгх автоматов. Цель исследований — выяснение индивидуального и совместного влияния таких факторов, как водонасыщение зон разломов и вибрационное воздействие. Полученные результаты позволяют составить достаточно полное представление о значительной роли этих факторов в стимуляции смещений по разлому в режиме сдвиговой ползучести. Показано, что при увеличении содержания водных растворов в зоне разлома и соответствующем вибрационном воздействии на нее в последней проявляется относительно плавный режим сдвиговой ползучести без мощных сейсмических импульсов.
1. Введение
Сейсмически активные разломы часто рассматриваются как один из механизмов релаксации внутренних напряжений в геосреде. В зависимости от ситуации накопленная потенциальная энергия недр может быть высвобождена одной большой порцией или несколькими относительно малыми долями. Небольшая часть высвобождаемой энергии, порядка первых процентов, рассеивается в виде колебаний сейсмического диапазона и фиксируется в виде землетрясений. Установлено, в частности, что объемы и интенсивность высвобождения накопленной энергии зависят от ряда факторов, таких как напряженное состояние в горных породах, характер их нагружения, физико-механические свойства горных масс, их строение и т.д.
Исходные авторские представления основываются на следующей концепции: высвобождение накопленной в недрах Земли тектонической энергии в виде упругих сейсмических колебаний осуществляется через разлом-ный механизм, а именно: через быстрые смещения крыльев разломов со скоростью порядка 5-10 м/с, фиксируемой при сильных землетрясениях. При медленных смещениях энергия упругих колебаний сейсмического
диапазона резко снижается и не представляет угрозы в виде сильных землетрясений. Следовательно, управление режимом смещений в сейсмоактивных разломах может позволить контролировать уровень высвобождаемой сейсмической энергии недр. Однако путь к такого рода методам управления только намечается и требуется решение многих вопросов, в частности, выяснение механизмов и факторов, контролирующих режим смещений в разломах.
К настоящему времени накоплено достаточно данных по глубокому бурению, геолого-геофизическому и гидрогеологическому изучению вопросов, касающихся распространения водных растворов в горных породах, горизонтах земной коры и в зонах разломов. Эти данные свидетельствуют, в частности, что разломные зоны относятся к транзитным системам земной коры, по которым происходит миграция воды до глубин порядка 10 км и более [1, 2]. Оценки содержания водных растворов в трещинно-поровом пространстве зон разломов не отличаются точностью из-за трудности их регистрации. Однако есть основание предполагать, что их содержание колеблется от долей процентов объема горных пород в зонах разломов до нескольких десятков.
© Псахье С.Г, Ружич В.В., Шилько Е.В., Астафуров С.В., Смекалин О.П., 2004
Наш опыт изучения водонасыщения зон разломов в глубоких карьерах позволяет добавить, что в дистальных направлениях, т.е. вдоль зон разломов, обычно наблюдаются контрастные по степени водонасыщенно сти участки. На некоторых участках иногда фиксируется полное отсутствие водной фазы в горных породах, на других — обнаруживается, напротив, высокое ее содержание. Последние обычно встречаются в местах соприкосновения разломов с зонами других водообильных разломов или с подземными водоносными горизонтами в земной коре, в том числе глубоко залегающими в недрах земной коры.
Настоящая статья посвящена анализу основных результатов комплексного изучения инициированных смещений в разломах методом непрерывных инструментальных измерений, натурных экспериментов, а также с помощью метода подвижных клеточных автоматов. При этом основное внимание уделено выявлению роли двух факторов, а именно: фактора водонасыщения трещинно-пористой среды в зонах разломов и фактора их реактивности на внешние динамические вибрационные воздействия.
2. Мониторинг смещений в зонах разломов
В ходе активного мониторинга смещений в разломах, в частности, на полигоне п. Листвянка в зоне Ангарского разлома северо-западного простирания, было обнаружено следующее явление. В ответ на динамические воздействия на разлом путем небольших взрывов (до 0.1-0.2 кг взрывчатого вещества), ударов копра и различного вида вибраций был зафиксирован двухфазный характер отклика в режиме смещений [2-7]. Практически мгновенный отклик разлома на прохождение от генерирующего источника упругих волн (первая фаза) фиксировался в виде очень незначительных быстрых остаточных смещений. После некоторой задержки при-
мерно на десятки минут отмечалась вторая фаза в виде серии сравнительно медленных колебаний стенок разлома с периодами от нескольких секунд до нескольких минут и амплитудами десятки-сотни микрон. Эффективная скорость распространения возмущения от места ударов падающим грузом до датчиков в зоне разлома составляла порядка 150-200 м/сутки. По нашим представлениям эта скорость соответствует скорости распространения фронта подвижки по плоскости разлома и она связана с проявлением ползучести в раздробленных и перетертых горных породах зоны разлома [7]. При интерпретации результатов, полученных в ходе натурных наблюдений, возникает ряд вопросов о том, какие факторы существенным образом влияют на режим распространения динамических возмущений и смещений в зоне разлома.
Проведенные исследования показали, что одним из факторов, влияющих на режим смещений краев разлома во второй фазе, является его обводненность. На рис. 1 показан пример влияния искусственного обводнения разлома, которое осуществлялось путем заливки воды в три разных участка фрагмента зоны разлома. При этом были инициированы сравнительно плавные и медленные, но достаточно большие по амплитудам смещения крыльев разлома. Механизм подобного эффекта, по-видимому, связан со снижением сдвигового сопротивления в плоскости разлома, из-за чего под действием имеющихся в горном массиве напряжений началось сравнительно плавное смещение крыльев разлома без приложения дополнительных внешних усилий.
Другим фактором, способным инициировать переключение режима смещений берегов разлома, является вибрационное воздействие на зону разлома. В качестве примера можно привести результаты мониторинга смещений берегов одного из разломов на полигоне в п. Листвянка. В одно из крыльев этого разлома встроен фундамент 30-ти метровой металлической башни. Рас-
0.25------------------■----------------■----------------■----------------■---------------^
12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00
Время,часы:минуты
Рис. 1. Фрагмент записи смещений по разлому, инициированных заливкой жидкости в зону разлома
12 00 12 00 12 00 12 00 12 00 12 00 12 00 12 00 12 Часы
04 05 06 07 08 09 10 11 12 Дни
Октябрь 2003
Рис. 2. Пример записи смещений на полигоне «Листвянка» по разломам северо-восточного направления (верхний фрагмент, датчик F2) и северо-западного (нижний фрагмент, датчик D). Умеренное ветровое воздействие без дождя также нашло отражение в характере записи. Датчик смещений F2 зафиксировал сбросовую п одвижку по разлому и нарушение суточного хода, а датчик D — приостановку смещений
качивание башни под действием сильного ветра инициирует низкочастотное вибрационное сдвиговое воздействие на разлом с периодом несколько секунд. На рис. 2 приведены записи смещений по двум датчикам в период штормового циклона (скорость ветра порядка 10-15 м/с). Поскольку данное явление наблюдалось поздней осенью при низкой температуре (-15 °С), степень обводнения зоны разлома была низкой. Это позволило наблюдать влияние вибрационного воздействия на изменение режима смещений берегов разлома в чистом виде. Изучая полученную запись инициированных смещений в разломе, можно сделать следующие выводы. Наблюдавшиеся по разлому северо-западного простирания правосторонние взбросо-сдвиговые смещения после ветрового воздействия на башню и на разлом практически прекратились (датчик D), тогда как по разрывному нарушению северо-восточного простирания (датчик Б2) произошла инициированная замедленная подвижка сбросового типа, нарушившая характерный суточный ход более чем на сутки. При этом расчетная скорость распространения «штормового» возмущения в разломе от фундамента башни до датчиков составила около 150 м/сутки. Это сопоставимо с оценкой скорости, приведенной выше, но зафиксированной на большем удалении датчиков от источника колебаний.
Приведенные примеры демонстрируют принципиальную возможность изменения режима смещений по разломам путем приложения внешних вибрационных или виброимпульсных воздействий и изменения степени обводнения. В связи с этим особый интерес представляет изучение комбинированного действия двух рассматриваемых факторов на режим отклика сейсмоактивных разломов.
Систематический анализ совместного влияния импульсно-вибрационных воздействий и обводнения на режим смещений в трещинах и разломах горных массивов проводился в карьере «Удачный» (Якутия), где разрабатывается алмазоносная кимберлитовая трубка. В разрезе кимберлитовой трубки помимо поверхностного водонасыщенного слоя выделяются еще три водоносных горизонта, причем в настоящее время вскрыта кровля среднего, наиболее мощного из них. В бортах карьера можно увидеть некоторые фрагменты зон разломов, насыщенных как пресными, так и сильно минерализованными водами (рассолами) с общим дебитом порядка 60 тонн/час. Изучение мощных взрывных воздействий (вес зарядов до 100-200 тонн взрывчатого вещества) на смещения в трещинах бортов карьера показало наличие двухфазного отклика, как и в описанных выше случаях. Одним из важных результатов наблюдений следует
Рис. 3. Структура моделируемого фрагмента разлома
считать установленную связь увеличения скоростей и амплитуд смещений по трещинам в периоды наибольшего водонасыщения горного массива. В эти же периоды возрастал и эффект отклика на взрывное воздействие. В зимний же период при минимуме обводнения в приповерхностном горизонте горного массива отмечалось резкое снижение смещений по трещинам, в том числе и при мощных взрывах [7, 8].
Результаты проведенных полевых геолого-геофизи-ческих исследований реакции разломов на различные виды вибрационного воздействия при разной степени обводнения позволяют сделать следующее принципиальное заключение. Факторы обводнения зон разломов и вибрационного воздействия могут существенным образом влиять на характер смещений по разломам, особенно в комплексном их проявлении. Это позволяет предложить идею создания принципиально нового способа управления режимом смещений во фрагментах сейсмоопасных тектонических разломов путем инициирования смещений в режиме сдвиговой ползучести за счет насыщения жидкостью фрагмента разлома в сочетании с динамическими воздействиями на него. При этом необходимо иметь ясное понимание механизмов влияния подобных комплексных воздействий, приводящих к переключению режима смещений берегов разлома. Поэтому в работе была поставлена задача изучения особенностей отклика обводненного фрагмента разлома на вибрационные воздействия путем компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов [9, 10]. Отметим, что данный метод ранее был успешно использован для исследования режимов смещений в сейсмоактивных тектонических разломах при воздействии вибраций [5], а также для изучения отклика и разрушения таких геологических сред, как горные породы, сыпучие грунты и угольные пласты [4, 6, 11, 12].
3. Компьютерное изучение отклика среды в зоне разлома
На рис. 3 приведен образец, имитирующий обводненный участок сейсмоактивного разлома. Можно выделить три основных блока рассматриваемой структуры: это «левое» и «правое» крылья разлома, а также внутриразломная область, механический отклик которой имитировался соответствующими характеристиками монтмориллонитовой глины. Размеры моделируемой области уменьшены в ~50 раз по отношению к средним размерам реальных разломов. Учет обводнения разлома осуществлялся путем задания части автоматов материала разлома механических характеристик, соответствующих водонасыщенной монтмориллонитовой глине. В рассматриваемой задаче доля таких автоматов в разломе составляла около 50 об. % (рис. 3).
Материал крыльев разлома имеет композитную структуру и состоит из фрагментов, разделенных тонкими прослойками того же состава, что и внутрираз-ломный материал (рис. 3). Это отражает тот факт, что геоматериалы имеют гетерогенную внутреннюю структуру и состоят из относительно слабо связанных «зерен» различных материалов [13]. Подобное представление правомерно на разных масштабных уровнях описания геологических сред. В этом случае геосреда может быть представлена состоящей из фрагментов с относительно высокой прочностью, разделенных прослойками материала с отличающимися физико-механическими свойствами.1 Используемые в работе функции отклика подвижных клеточных автоматов приведены на рисунке 4.
Учет содержания воды в несвязанном виде в объеме материала разлома проводился неявно путем модифи-
1 Данная модель была предложена академиком РАН Гольдиным С.В.
Рис. 4. Функции отклика автоматов твердых фрагментов (1), а также Рис. 5. Схематическое представление функций отклика «сухого» (1)
«сухой» (2) и «предельно насыщенной» водой (3) монтмориллони- и насыщенного водой (2) материала
товой глины. Пунктирные линии соответствуют разгрузке
кации функции отклика подвижных автоматов «сухой» монтмориллонитовой глины (кривая 2 на рис. 4) и изменения величины коэффициента Пуассона. При этом использовались следующие предположения.
1. Наличие воды в многочисленных трещинах, порах и повреждениях материала повышает коэффициент Пуассона среды.
2. Предел упругости (текучести) материала уменьшается с увеличением содержания воды.
3. При переходе в область необратимых деформаций наличие в материале разлома несвязанной воды приводит к уменьшению наклона функции отклика подвижных автоматов, что связано с влиянием воды как «смазки» между поверхностями многочисленных внутренних несплошностей. Это приводит к уменьшению силы трения скольжения и, как результат, на макромасштабном уровне — к уменьшению наклона а-е-диаграммы.
4. В процессе деформирования материала имеет место выдавливание воды в результате «схлопывания» пор, сжатия поверхностей трещин и т.д. В предельном случае, когда материал спрессован и практически обезвожен, полагается, что его плотность и характеристики поврежденности близки к соответствующим значениям для «сухого» материала. Вследствие этого полагаем, что значения прочности и предельной деформации материала разлома также не зависят от степени исходного насыщения водой и равны соответствующим величинам «сухого» материала.
Для изучения влияния степени водонасыщенности материала разлома на поведение всей системы необходимо выбрать некоторые контрольные функции отклика, соответствующие различным степеням насыщения материала водой. В работе в качестве «контрольных точек» были взяты две представленные на рис. 4 диаграммы (кривые 2 и 3), соответствующие отклику «сухо-
го» и «предельно насыщенного» водой материала. Соответствующие значения коэффициента Пуассона составляли ц0 = 0.17 и цт = 0.49.
Изменение степени исходного насыщения водой учитывалось путем линейного изменения параметров функции отклика между значениями, отвечающими «сухому» и «предельно насыщенному» водой материалу. В качестве параметра водонасыщенности использовал-
ся коэффициент К -
е и -е И
, где верхние индексы 0 и
е И -е И
т обозначают параметры, соответствующие функциям отклика «сухого» и «предельно насыщенного» водой материала, а индекс w — материалу со степенью насыщения водой К (рис. 5). Очевидно, что параметр К изменяется в пределах от 0 до 1.
Коэффициент К, использующийся для задания механических характеристик водонасыщенного материала, хотя и связан с объемным (или массовым) содержанием воды, но не равен ему. Так, значение К = 1 отвечает некоторой предельной концентрации воды в объеме материала, которая определяется его пористостью, дефектностью структуры, а также смачиваемостью. При этом вода играет роль почти несжимаемого заполнителя пустот, сильное сопротивление которого изменению объема увеличивает как силу сопротивления фрагмента среды нагружению, так и его боковое уширение. Очевидно, что концентрация воды порядка нескольких процентов и ниже не сможет существенно изменить упругий отклик системы. В то же время, такого содержания жидкости, сосредоточенной в трещинах и повреждениях материала, вполне достаточно для снижения барьера необратимой деформации и даже для изменения характера поведения среды в целом. Таким образом, связь модельного коэффициента К, характеризующего механическое поведение материала под нагрузкой, с величиной объем-
Рис. 6. Схема нагружения: создание исходных напряжений (а); нагружение с постоянной скоростью (У0) + вибрация (Увибр) (б)
ной концентрации воды в несплошностях, в общем случае может быть нелинейной и носить достаточно сложный характер.
В настоящей работе был проведен качественный анализ влияния водонасыщенности материала разлома на режим смещений крыльев, поэтому в предложенной модели не рассматривается вопрос о реальной величине объемного содержания воды или другой жидкости (например, поверхностно-активного вещества).
Следует отметить, что развитая модель хотя и является упрощенной, но может быть использована в качестве базовой для изучения особенностей отклика и разрушения подобных сложных сред.
Исходное напряженное состояние в моделируемой области достигалось путем предварительного сжатия зоны разлома, как показано на схеме (рис. 6, а). Относительное смещение краев разлома задавалось путем приложения к внешней границе правого крыла разлома постоянной скорости У0, вектор которой направлен параллельно линии разлома (рис. 6, б). При этом внешний край левого крыла фиксировался. Таким образом, правое крыло разлома в данном численном эксперименте являлось активным, а левое — пассивным.
Вибрационное воздействие имитировалось периодическим изменением величины скорости нагружения:
V = У0 + УА sin(2ПУ),
где УА — амплитуда изменения скорости; t — время; V — частота вибрации.
В работе значение коэффициента К функции отклика автоматов водонасыщенной монтмориллонитовой глины варьировалось в интервале от 0 до 1. При этом направление вектора скорости V оставалось неизменным.
В работе [5] было показано, что в ходе относительного смещения крыльев в материале разлома генерируются и накапливаются многочисленные повреждения, которые на определенной стадии формируют макрокластер, что приводит к резкому уменьшению сцепления крыльев разлома. При этом сила сопротивления сдвигу быстро достигает максимума и затем плавно уменьшается по мере движения активного крыла разло-
ма [5]. Проведенные в настоящей работе расчеты показали, что обводнение разлома приводит к значительному (до 2.7 раз) сдвигу пика в сторону больших смещений. При этом величина пикового значения силы сопротивления снижается приблизительно на 30 % (при К = 1).
Как отмечалось в [5], при вибрационных воздействиях важным параметром моделируемого образца является собственная частота, связанная с распространением продольных упругих волн: Vц = у /(2Н) ~ 110 кГ, где у — продольная скорость звука в материале; Н— характерный размер образца. Высокочастотное вибрационное воздействие (V > V ц) меняет режим отклика, провоцируя «сброс» силы сопротивления относительному смещению краев при достижении максимального значения (кривая 1 на рис. 7).
Обводнение разлома принципиально меняет характер влияния высокочастотного циклического воздействия на отклик системы. На рис. 7 приведены зависимости силы сопротивления от величины относительного смещения краев разлома для случая движения кры-
0 -|---------1---------1---------1-----------1—
0.0000 0.0004 0.0008
Смещение, м
Рис. 7. Зависимость силы сопротивления движению правого блока от величины относительного смещения крыльев разлома при высокочастотном вибрационном воздействии. Параметры нагружения: У0 = = 0.5 м/с, V = 1^ц, УА = 1 м/с; К = 0 (1); 0.5 (2); 1 (3)
ла со скоростью У0 = 0.5 м/с при наложении высокочастотных колебаний с параметрами V ~ 1.4Уц и УА = 1 м/с. Можно видеть, что в зависимости от степени обводнения разлома (величины К) кривая с ярко выраженным пиком (К = 0) в пределе переходит в кривую с достаточно продолжительным плато (К = 1). При этом максимальное значение силы сопротивления снижается практически вдвое. Таким образом, обводнение приводит к качественному изменению режима смещений в зоне разлома: от режима, характерного для задач трения пары тел сухими поверхностями, до квазивязкого.
Отметим, что в реальных системах относительное смещение крыльев разлома происходит под действием силы со стороны массивных геоблоков. Тогда в случае «сухого» материала разлома при превышении тангенциальной компонентой нагружающей силы величины, соответствующей максимальной силе сопротивления (точка А на рис. 7), активный край разлома начнет двигаться ускоренно (ненулевая разность сил приводит к появлению ускорения). Отметим, что поскольку величина резкого «сброса» силы сопротивления является значительной (около 30 %), это может приводить к изменению режима смещения краев разлома.
Как отмечалось выше, обводнение материала разлома приводит к появлению на диаграмме нагружения протяженного плато (кривая 3 на рис. 7), в пределах которого среднее значение силы сопротивления (с учетом осцилляций) уменьшается крайне слабо (не более 10 %). При достижении нагружающей силой величины, равной силе сопротивления в начале плато (точка С на рис. 7), начнется медленное движение активного крыла разлома. При этом слабые колебания силы сопротивления на плато могут приводить к небольшим «разгонам» и «торможениям» активного крыла.
Таким образом, обводнение приводит к переходу относительных смещений краев разлома в квазивязкий режим, что в значительной степени может изменить процесс релаксации внутренних напряжений в геосреде. При этом становится возможным переход от режима одиночных актов высвобождения большого количества упругой энергии к ее многократному выделению относительно небольшими долями.
Следует также отметить, что значительное (до двух раз) снижение максимальной силы сопротивления относительному смещению краев разлома при обводнении инициирует смещения при меньших значениях внутренних напряжений. Таким образом, закачка жидкости в «сухой» разлом может спровоцировать относительно большие смещения. При этом величина и режим смещений определяются уровнем внутренних напряжений, степенью обводнения и, безусловно, спецификой внутреннего строения самого разлома.
Заметим, что в проведенных расчетах был использован динамический режим нагружения (е0 = У0/Н ~
~ 20), в то время как в случае лабораторных и натурных экспериментов характерные скорости деформирования (е0 ~10- ) на несколько порядков ниже (этим и определялся выбор высокой частоты вибрации в представленных расчетах). Тем не менее, полученные результаты моделирования дают возможность выявить роль и механизмы влияния обводнения на отклик сложных геологических систем, включающих зоны сейсмоактивных разломов.
4. Заключение
Таким образом, в работе показано, что фиксируемая в натурных экспериментах вторая фаза отклика разлома на динамические воздействия связана со сдвиговым механизмом. Скорость распространения инициируемой подвижки (от источника возмущения до регистрирующих датчиков) варьируется в широких пределах в зависимости от ряда факторов, среди которых важную роль играет уровень исходного напряженного состояния геосреды. Полученные в настоящей работе результаты могут быть обобщены в двух наиболее существенных выводах.
1. Наличие водной фазы в трещинно-поровом пространстве зон разломов является принципиально важным фактором, влияющим на изменение режима смещений их крыльев. Это проявляется в значительном снижении сдвигового сопротивления и изменении характера смещений — от прерывистого скачкообразного к вязкому. Подобные изменения усиливаются с увеличением объемного содержания воды в горных породах, слагающих зоны активных разломов. Дополнительное наложение вибрационной нагрузки на обводненную зону разлома усиливает этот эффект.
2. В условиях, когда состояние геосреды близко к неустойчивому, вибрационное воздействие и увеличение содержания в зоне разлома воды могут спровоцировать появление быстрых сейсмоопасных подвижек.
Работа выполнена при поддержке: интеграционных проектов РАН №№ 6.7.3 и 13.12, СО РАН № 101; гранта РФФИ № 01-05-64482; гранта Фонда содействия отечественной науке; гранта президента РФ для поддержки молодых российских ученых (№ МК-2573.2003.5); гранта президента РФ для поддержки ведущих научных школ РФ («Научная школа академика В.Е. Панина» № НШ-2324.2003.1); гранта CRDF и Министерства образования РФ (Т0-016-02); грантов конкурса экспедиционных работ СО РАН 2003 года.
Литература
1. МалъковскийВ.И., Пэк А.А. Влияние высокопроницаемого разлома
на структуру тепловой конвекции растворов в зонах спрединга океанского дна // Докл. РАН. - 1997. - Т. 354. - №2 6. - С. 787-789.
2. Любимова Е.А., Милановский С.Ю., Смирнова Е.В. Новые результаты изучения теплового потока на Балтийском щите // История
развития теплового поля в различных зонах эндогенного режима стран Восточной Европы. - М.: Наука, 1985. - С. 93-104.
3. Ружич В.В., Трусков В.А., Черных Е.Н., Смекалин О.П. Современ-
ные движения в зонах разломов Прибайкалья и механизмы их инициирования // Геология и геофизика. - 1999. - Т. 40. - № 3. -С. 360-372.
4. Псахъе С.Г., Ружич В.В., Смекалин О.П., Шилъко Е.В. Режимы отклика геологических сред при динамических воздействиях // Физ. мезомех. - 2001. - Т. 4. - № 1. - С. 67-71.
5. Ружич В.В., Псахъе С.Г., Борняков С.А., Смекалин О.П., Шилъко Е.В., Черных Е.Н., Чечелъницкий В.В., Астафуров С.В. Изучение влияния виброимпульсных воздействий на режим смещений в зонах сейсмоактивных разломов // Физ. мезомех. - 2003. - Т. 6. -№ 1. - С. 41-53.
6. Ruzhich V.V., Smekalin O.P., Shilko E.V., Psakhie S.G. About nature of
«slow waves» and initiation of displacements at fault regions // Proc. of the International Сonference on New Challenges in Mesomecha-nics. - 2002. - V. 1. - P. 311-318.
7. Ружич В.В., Смекалин О.П. О механизмах инициации смещений в зонах разломов // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород / Труды 1-й Международной школы-семинара. -Красноярск: САА, 2002. - С. 126-134.
8. Мелъников А.И., Алексеев С.В., Ружич В.В., Егоров К.Н., Алексеева Л.П., Черных Е.Н., Чечелъницкий В.В., Смекалин О.П., Шма-
ров Г.П., Павлов В.А. Оценка параметров техногенной активизации опасных геологических процессов в крупных горных выработках открытого типа (на примере карьера трубки «Удачная») // Отечественная геология. - 2002. - № 4. - С. 20-24.
9. Псахъе С.Г., Дмитриев А.И., Шилъко Е.В., Смолин А.Ю., Коростелев С.Ю. Метод подвижных клеточных автоматов как новое направление дискретной вычислительной механики. I. Теоретическое описание // Физ. мезомех. - 2000. - Т. 3. - № 2. - С. 5-15.
10. Psakhie S.G., Horie Y, Ostermeyer G.P., Korostelev S.Yu., Smo-lin A.Yu., Shilko E.V., Dmitriev A.I., Blatnik S., Spegel M., Zavsek S. Movable cellular automata method for simulating materials with meso-structure // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2001. -V. 37.- Nos. 1-3. - P. 311-334.
11. Psakhie S.G., Zavshek S., Jezershek J. et al. Computer-aided examination and forecast of strength properties of heterogeneous coal-beds // Computational Materials Science. - 2000. - V. 19. - Nos. 1-4. -P. 69-76.
12. Голъдин С.В., Псахъе С.Г., Дмитриев А.И., Юшин В.И. Переупаковка структуры и возникновение подъемной силы при динамическом нагружении сыпучих грунтов // Физ. мезомех. - 2001. -Т.4. - № 3. - С. 97-103.
13. Структуры и текстуры изверженных и метаморфических горных пород. Атлас в 2 т. // М.: Недра, 1966. - Т. 1. - 424 с., Т. 2, - 272 с.
Investigation into the effects of water-saturation and vibrations on the displacement mode in the fault zones
S.G. Psakhie, V.V. Ruzhich1, E.V. Shilko, S.V. Astaphurov, and O.P. Smekalin1
Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, 634021, Russia 1 Institute of the Earth Crust SB RAS, Irkutsk, 664033, Russia
The paper is devoted to the analysis of the results obtained in studying the mechanisms of displacement initiation in the zones of seismically hazardous faults. The mode of dissipation of the accumulated subsurface energy is governed by cracking, active fault zones and, first of all, by displacements in them. In the paper consideration is given to the results of an active-mode study into the displacement monitoring in the fault in the Listvyanka settlement as well as to computer simulation by the movable cellular automaton method. The purpose of the study is to reveal the individual and combined effect of such factors as water-saturation of fault zones and vibration action. The obtained results have given a rather clear idea about the crucial role of these factors in the stimulation of displacements along the fault in the shear creep mode. It is shown that at an increase in the volume of water solutions in the fault zone and appropriate vibration action exerted on it, a relatively smooth mode of shear creep without dynamic spontaneous release of strong seismic impulses is observed in this zone.
