Экспериментальное изучение влияния вида разрушающей нагрузки на акустическую эмиссию в связи с задачами исследования процессов разломообразования и сейсмичности в литосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.22, кандидат геолого-минералогических наук Трусков, Владимир Афанасьевич

• Трусков, Владимир Афанасьевич
• кандидат геолого-минералогических наук
• 1995

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Трусков, Владимир Афанасьевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ И

РАЗРУШЕНИИ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Акустическая эмиссия (АЭ).

1.2. Регистрация сигналов АЭ.

1.3. Параметры сигналов АЭ.

1.4. Интерпретация параметров сигналов АЭ и результаты их практического изучения

1.4.1. Общее число, суммарный счет, активность, интенсивность АЭ N. Й*, Ю

1.4.2. Амплитуда, уровень, энергия, амплитудное распределение сигналов АЭ

1.4.3. Длительность, форма, спектры сигналов АЭ.

Глава 2. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ МОДЕЛЕЙ ЗОН КРУПНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ РАЗЛОМОВ, ФОРМИРУЮЩИХСЯ В * УСЛОВИЯХ ПРОДОЛЬНОГО СДВИГА (МОДЕЛЬ зоны ТРАНСФОРМНОГО РАЗЛОМА) И РАСТЯЖЕНИЯ (МОДЕЛЬ РИФТОВОЙ ЗОНЫ).:.

2.1. Моделирование зон крупных тектонических разломов.

2.2. Изучаемые параметры сигналов АЭ

2.3. Условия и техника проведения экспериментов.

2. 4. Способы обработки и представления экспериментальных данных.

2.5. Сейсмоакустический режим разломообразо-вания в условиях продольного сдвига

2.6.' Сейсмоакустический режим разломообразо-вания в условиях растяжения.

2.7. Основные результаты экспериментов . ill

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ВИДА РАЗРУШАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ НА ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННУЮ СТРУКТУРУ ЕДИНИЧНОГО СИГНАЛА АЭ.

3.1. Разрушение, сопровождаемое единичным сигналом АЭ.

3.2. Механизм излучения сигнала АЭ, формиро-вания его структуры и роль в этом процессе вида разрушающей нагрузки.

3.3. Условия и техника проведения экспериментов

3.4. Способы представления экспериментальных данных.

3.5. Результаты экспериментов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное изучение влияния вида разрушающей нагрузки на акустическую эмиссию в связи с задачами исследования процессов разломообразования и сейсмичности в литосфере»

Актуальность. Изучение динамики тектонических полей напряжений, разломообразования тесно связано с практической задачей прогноза землетрясений. Трудно переоценить, в частности, роль сейсмических явлений в развитии наук о Земле и в жизни людей. Акустическая эмиссия (АЭ) - аналог сейсмичности в моделях геофизической среды в .течении нескольких десятков лет является объектом пристального изучения. Тем не менее способ исследования сейсмичности и динамики разрушения, основанный на явлении АЭ - метод АЭ, и в настоящее время обладает значительным запасом неиспользованных возможностей для выявления причинно-следственных связей между характеристиками разрушения и сейсмичностью. Современное техническое оснащение позволяет реализовать большую часть этих возможностей. В данной связи становится актуальным проведение исследований, прослеживающих с помощью уникальных свойств метода АЭ (в комплексе с др. методами) многофакторные процессы деструкции геофизической среды от характера причины их вызывающей (вида разрушающих механических напряжений) до параметров упругого излучения (АЭ), сопровождающего появление разрывов. Из-за невозможности непосредственного наблюдения ряда геофизических процессов в природной среде важное значение имеют лабораторные эксперименты. Они лежат в основе проведенного исследования.

Цель исследований состоит в экспериментальном изучении влияния вида разрушающих напряжений на параметры акустической эмиссии.

Задачи работы:

1) Установление зависимости сейсмоакустического режима моделей зон крупных разломов от способа нагружения и морфологического типа разломов.

2) Определение связи между видом локального механического напряжения, под действием.которого образуется сейсмогенерирую-щий разрыв, с частотно-временной структурой единичного сигнала АЭ.

3) Разработка новых аспектов реализации метода АЭ для поиска искомых зависимостей при деформировании упруго-вяз-ко-пластичных моделей и разрушении хрупких образцов.

Фактический материал представляет собой результаты экспериментальных исследований выполненных автором работы. При их проведении созданы оригинальные методики, разработана и построена экспериментальная установка, применен мощный комплекс современного электронного и электронно-вычислительного оборудования. Всего проведено более 200 сложных, с многоэтапной обработкой опытов. При обобщении материала использованы различные данные из отечественных и зарубежных публикаций.

Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие наиболее важные результаты:

1) Вид нагрузки, контролирующий морфологогенетический тип формирующихся разломов, оказывает закономерное влияние на сейсмоакустический режим, сопровождающий развитие разломной зоны.

2) Сейсмоакустический сигнал содержит в своей инфраструктуре информацию о виде разрушающей нагрузки, под действием которой образовался сейсмогенерирующий разрыв.

3) Информативные признаки вида разрушающей нагрузки в структуре сейсмоакустического сигнала частотно- и время- зависимы.

Научная новизна. Разработана новая методика, позволяющая регистрировать сигналы АЭ, возникающие при деформации композитного материала с прочностными свойствами, подобными поведению литосферы при медленном деформировании. При моделировании впервые получены данные по изменениям сейсмоакустических режимов сдвиговых разломных зон и зон растяжения на протяжении всего времени их развития. Аналогичное время в природе оценивается в сотни тысяч и миллионы лет и иного.пути, кроме как моделирование, для изучения кинетики столь продолжительных процессов деструкции и сопровождающей их сейсмичности в зонах крупных разломов нет. Установлены: закономерности в режимах излучения упругих волн, индивидуальность проявления этих закономерностей для определенного типа разломообразования, приуроченность экстремумов активности излучения АЭ к этапам и стадиям развития зон, особенности динамики накопления нарушений сплошности среды - разрывов, образующих структуры строения зон сдвига и растяжения.

Разработана система поиска проявлений вида локальной разрушающей нагрузки в единичном сигнале АЭ. Впервые в методе АЭ использован частотно-полосовой способ анализа упругих сигналов. Развиты сопутствующие решению поставленной задачи вопросы по механизмам разрушения, генерации упругих сигналов, по интерпретации параметров АЭ. По результатам большого числа экспериментов (более 200) получены доказательства существования информативных признаков вида разрушающей нагрузки, под действием которой образовался.разрыв, в единичном сигнале АЭ.

Практическая значимость. Созданная методика регистрации сейсмоакустических режимов крупных разломных зон позволяет проводить изучение режимов и закономерностей излучения упругих волн на моделях зон любых типов, на их локальных структурах, фиксировать миграцию сейсмоактивности вдоль и вкрест простирания разлома. На моделях при этом решается задача прогноза сейсмической опасности зон определенного типа, находящихся на той или иной стадии своего развития. Для зон растяжения и сдвига определены функциональные изменения сейсмической активности во времени и их приуроченность к состояниям структуры разрывов, которые отслеживаются на природных объектах обычными полевыми методами.

Установленные проявления вида локальной разрушающей нагрузки в единичном сигнале АЭ позволяют изучать характер и эвог люцию полей напряжений в модельных исследованиях физики очага землетрясений с целью поиска новых предвестниковых признаков. В диссертации показано, что полученные данные дают возможность целенаправленного поиска проявлений вида разрушающей нагрузки в собственно сейсмических сигналах, зарегистрированных

ЧИСС-станциями. Реконструируемые по структурным данным поля напряжений на поверхности Земли могут значительно видоизменяться в ее толще и практически единственным источником информации об объемном напряженно-деформированном состоянии геофизической среды были и остаются упругие волны, с которых необходимо научиться "считывать" нужные сведения.

Результаты проведенных исследований способствуют более глубокому пониманию сложных геодинамических процессов и прогнозу вызываемых ими катострофических явлений.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии", Новосибирск, 1982 г.; 1-ой Всесоюзной конференции "Акустическая эмиссия материалов и конструкций", Ростов-на-Дону, 1984 г.; 2-ом Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии", Ялта, 1987 г.; Всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород", Иркутск, 1988 г.; Первом всесоюзном совещании по сдвиговой тектонике "Сдвиговые тектонические нарушения и их роль в образовании месторождений полезных ископаемых", Ленинград, 1988г.; Всесоюзном совещании "Разло-мообразование в литосфере: тектонофизические аспекты", Иркутск, 1990 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Объем-и структура работы. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы из 146 наименований, содержит 147 страниц текста, 62 рисунка и 1 таблицу.

Пользуясь случаем, автор выражает особую благодарность научному руководителю - академику АЕН РФ. доктору геолого-ми-нералогических наук, профессору С.И.Шерману за постановку задачи, постоянное внимание, советы и помощь при работе над темой диссертации.

Автор благодарит В.В.Чечельницкого за предварительное знакомство с диссертацией и ее обсуждение; коллег по работе А.Н.Адамовича, А.А.Бабичева, В. Ю. Буддо, С. А. Борнякова,

A.С.Гладкова, С.Б.Кузьмина, Е.А.Левину, А.И.Мирошниченко,

B.А.Санькова, К.Ж.Семинского - за помощь в проведении экспериментов, за советы и замечания, высказанные на разных стадиях работы.