назад

Лаборатория «Деформационные процессы в земной коре»

Сотрудники лаборатории

Dr. G. Kocharyan
Заведующий лабораторией
профессор, доктор физ.- мат. наук Кочарян Геворг Грантович.
 

Лаборатория основана 1 июля 1994г.

В составе лаборатории работают 16 человек, в том числе 4 доктора и 6 кандидатов наук.

Базовым направлением научных исследований лаборатории является изучение закономерностей возникновения и эволюции деформационных процессов в земной коре. Исключительно важным является понимание того, как процессы зарождения нестабильности в геосистемах инициируются внешними воздействиями. Фундаментальное значение исследований триггерных процессов состоит, в том числе и в том, что эти явления представляют одну из немногих возможностей установить причинно-следственные связи в геомеханике крупномасштабных объектов. Эти исследования могут открыть новые пути в развитии стратегии прогноза и предотвращения геокатастроф, либо снижения их ущерба.

В лаборатории методами лабораторного и численного эксперимента, полевых наблюдений исследуются физические механизмы и разрабатываются модели пространственно-временной эволюции динамических проявлений процесса деформирования земной коры (землетрясения, горные удары, склоновые явления, разнообразные блоковые движения) под действием малых возмущений геофизических полей. Результаты исследований позволят адекватно оценить возможность создания научно обоснованных основ технологии управляемого воздействия на высоконапряженные участки земной коры.

Создаются модели динамического деформирования горных пород в деформационных процессах планетарного масштаба, включая крупные импактные события.

С 1994 по 2012гг. сотрудниками лаборатории защищено 3 докторских и 7 кандидатских диссертаций. После преддипломной практики, пройденной в лаборатории студентами МФТИ, защищено 7 дипломных работ. Работы по механике кратерообразования отмечены медалью Барринджера Международного метеоритного общества и исследовательским призом Общества Гумбольта.

...
 
...3
Фрагмент лабораторной установки
...4
Фрагмент лабораторной установки
...5
Вид измерительной штольни
...6
Карта высот вблизи южного полюса астероида Веста

 – наименьшего планетного тела, дифференцированного на кору, мантию и ядро.

...7
Экспериментальные работы на Байкале.
...8
Проведение измерений в массиве горных пород

Некоторые публикации за 2009-11г.г..



ПУБЛИКАЦИИ


1. Адушкин В.В., Кочарян Г.Г. Павлов Д.В. и др. О влиянии сейсмических колебаний на развитие тектонических деформаций // ДАН, 2009, т. 426, № 1. С. 98-100
Приведенные в работе результаты инструментальных наблюдений позволили установить не описанные ранее закономерности процесса накопления в горном массиве и инженерных сооружениях малых деформаций. Показано, что воздействие колебаниями малой амплитуды вызывает остаточные перемещения, локализуемые на нарушениях сплошности. Установлена закономерность соответствия знака остаточных деформаций, связанных с динамическим воздействием, знаку квазистатических перемещений бортов нарушения. Показано, что в тех случаях, когда имеет место направленный деформационный тренд, регулярные динамические воздействия могут привести к существенному увеличению наблюдаемой скорости деформации трещины или разломной зоны.

2. Кочарян Г.Г. Физический смысл отклонения некоторых параметров сейсмического процесса от закона подобия // ДАН, 2009, т. 429, № 6. С. 821-824.
Предложено экспериментально обоснованное объяснение обнаруженных в последние годы специфических закономерностей, связывающих время подготовки землетрясения с его масштабом.

3. Кочарян Г.Г. Динамика деформационных характеристик разломных зон // Геофизические исследования, 2009, т. 10, № 2. С. 47-55.
Результаты модельных экспериментов и натурных наблюдений демонстрируют возможность быстрого изменения характеристик разломных зон как за счет процессов нарушения и залечивания, так и вследствие вариаций напряженного состояния среды. Установлено, что динамика эффективных характеристик нарушений сплошности в значительной степени определяется скоростью деформации разломной зоны. Инструментально зарегистрированные изменения во времени деформационных характеристик разломных зон, вероятно, связаны с вариациями напряженно-деформированного состояния коры. Фазовая скорость распространения возмущений пропорциональна характерному масштабу, на котором проводятся наблюдения и обратно пропорциональна периоду возмущения.

4. Копылова Г.Н., Горбунова Э.М., Болдина С.В., Павлов Д.В. Оценка деформационных свойств системы “пласт-скважина” на основе анализа барометрического и приливного откликов уровня воды в скважине // Физика Земли, 2009, № 10, с. 69-78.
На основании исследования барометрического и приливного откликов уровня воды в скважине, расположенной на территории геофизической обсерватории Института динамики геосфер РАН “Михнево”, установлены статически изолированные условия в рассматриваемой гидрогеологической системе “пласт–скважина” на периодах 3 ч. Оценены значения барометрической эффективности, приливной чувствительности уровня воды, упругие параметры и пористость водовмещающих пород. Построена модель инерционности водообмена в системе “пласт–скважина” в зависимости от периода вариаций с учетом конструкции скважины, водопроводимости и упругой емкости водоносного горизонта. Результаты моделирования находятся в соответствии с поведением амплитудной передаточной функции от вариаций атмосферного давления к изменениям уровня воды. По результатам обработки данных прецизионных измерений уточнена величина водопроводимости водоносного горизонта, полученная по данным опытно-фильтрационных работ.

5. Будков А.М., Кочарян Г.Г., Павлов Д.В. Численное моделирование процесса накопления межблоковых перемещений при низкоамплитудных динамических воздействиях // Физическая мезомеханика 2010, № 2. C. 21-30.
В статье рассмотрена численная реализация расчетной модели воздействия сейсмических колебаний на напряженный контакт блоков горной породы. Проведенные численные эксперименты продемонстрировали, что нелинейность соотношений напряжение-деформация и значительная асимметрия нагружения и разгрузки приводят к возможности накопления остаточных перемещений на межблоковом контакте даже при весьма малых по сравнению с прочностью геоматериала амплитудах динамического воздействия. При этом важную роль играет возвратное движение при разгрузке, вызванное упругопластическим взаимодействием локальных контактных пятен.

6. Кочарян Г.Г. Разломная зона как нелинейная механическая система // Физическая мезомеханика. 2010, т. 13, Спецвыпуск. С. 5-17.
В статье рассмотрены некоторые явления, определяющие нелинейный характер деформирования нарушений сплошности массива горных пород. Показано, что особенности реологии трещин и разломов приводят к возможности накопления деформаций под воздействием малых, по сравнению с прочностью геоматериала, динамических возмущений. Такие воздействия могут привести к существенному увеличению скорости деформации разломной зоны и уровня сейсмичности. Неинвариантность характеристик нарушений по отношению к масштабу проявляется в заметном отличии фактического времени подготовки сейсмических событий от закономерностей, определяемых исходя из самоподобия геофизической среды. Фундаментальным управляющим параметром, определяющим закономерности генерации сейсмогенных событий и динамику эффективных характеристик разломов, является скорость деформации разломной зоны. Динамические воздействия, даже малой амплитуды, могут приводить и к быстрой эволюции структуры нарушенной зоны.

7. Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б., Остапчук А.А. Сейсмический портрет разломной зоны. Что может дать анализ тонкой структуры пространственного расположения очагов слабых землетрясений? // Геодинамика и тектонофизика 2010, № 4. C. 419-440.
Результаты обработки сейсмических данных и выявленные в процессе анализа закономерности расположения гипоцентров землетрясений сопоставляются в статье с данными изучения структуры разломов, модельных и численных экспериментов; приведено количественное исследование закономерностей локализации очагов внутри разломных зон. При помощи трехмерных построений продемонстрировано, что события локализуются в окрестности поверхности близкой к плоскости с почти постоянным углом падения. Причем основная масса событий оказывается сосредоточенной именно на этой условной плоскости. Судя по полученным результатам, область, в которой происходит активное  деформирование при подготовке средних землетрясений  представляет из себя совокупность локальных "полос", каждая из которых имеет характерный размер порядка 100 м, который, в свою очередь, сопоставим с техногенными возможностями воздействия на геосреду. Можно надеяться, что исследование не только пространственной, но и временной тонкой структуры сейсмичности в окрестности разломной зоны, позволит найти надежные ориентиры как места, так и времени осуществления подобных воздействий.
Выявление характерных масштабов локализации сейсмичности может оказаться крайне важным в контексте задач о техногенном воздействии на разломную зону с целью частичного снятия напряжений.

8. Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б., Остапчук А.А. Сейсмогенная ширина разломной зоны // ДАН, 2011, т. 437, № 2. С. 254-257.
Введено понятие "сейсмогенной" ширины разломной зоны - области, в которой сосредоточена основная часть землетрясений, приуроченных к рассматриваемой структурной единице.

9. Кочарян Г.Г., Санина И.А., Гамбурцева Н.Г. и др. Временные вариации характеристик локальных участков земной коры по данным сейсмических наблюдений // Физика Земли. 2011, № 4, С. 58-66.
В работе приводятся результаты сейсмических наблюдений, организованных двумя различными способами. В первом случае (Семипалатинский полигон, источник – подземные ядерные взрывы) измерения проводились на линейном профиле, что дало возможность уверенно локализовать участки с выраженной динамикой свойств. Во втором случае (Восточно-Европейская платформа, Геофизическая обсерватория ИДГ РАН «Михнево», источник – карьерные взрывы), измерения осуществлялись малоапертурной группой  так, что можно было судить о вариациях интегральных характеристик трассы. Измерения, проведенные в асейсмичных регионах с различным геологическим строением и тектоническими условиями, продемонстрировали похожие эффекты существенной зависимости параметров сейсмических волн от времени проведения взрывов. При этом вариации максимальной амплитуды колебаний, не связанные с сезонными изменениями и местными условиями, достигали двух раз. Характерные периоды этих вариаций, включая выраженный годовой ритм, являются, вероятно, фрагментами более низкочастотного процесса. Судя по полученным результатам, причины этих вариаций связаны с изменениями напряженно-деформированного состояния разломных зон, которые в свою очередь могут быть обусловлены макродвижениями крупных блоков, инициированными приливными деформациями, тектоническими силами, а возможно и вариациями скорости вращения Земли.

10. Кочарян Г.Г., Виноградов Е.А., Горбунова Э.М., Марков В.К., Марков Д.В., Перник Л.М. Гидрогеологический отклик подземных коллекторов на сейсмические колебания // Физика Земли, 2011.
В работе анализируются данные наблюдений за изменением уровня воды в скважинах при воздействии сейсмических волн от удаленных землетрясений и взрывов. Показано, что в большинстве случаев величина постсейсмического изменения уровня пропорциональна корню квадратному из амплитуды волны деформаций. Средняя интенсивность остаточных изменений уровня составляет величину 1–5 см/микрострейн динамической деформации. Значительные отклонения от этого диапазона определяются особенностями строения пласта. В лабораторных экспериментах исследована возможность разрушения динамическими импульсами слабопроницаемых барьеров, формирующихся в трещинах массива при осаждении микрочастиц. Показано, что существенное увеличение трещинной проницаемости массива может происходить и в том диапазоне амплитуд колебаний, в котором разрушение породы или прорастание существующих трещин в результате прохождения сейсмической волны маловероятно. Установлена возможность постепенного накопления эффекта при длительном воздействии. Изменение количества открытых трещин и увеличение их эффективной проницаемости может привести к миграции флюидов, вариациям порового давления, а, следовательно, и всей гаммы механических характеристик локального участка массива.             

11. Горбунова Э.М., Кабыченко Н.В., Кочарян Г.Г., Павлов Д.В., Свинцов И.С. Мониторинг уровня подземных вод по данным прецизионных измерений // Геоэкология. 2011, № 5. С. 153-157.
Приведены результаты обработки данных наблюдений за уровнем напорного горизонта, вскрытого в скважине в интервале 76-115 м. Полученные ряды сопоставлены с объемной деформацией водовмещающего коллектора, теоретически рассчитанной по программе приливного анализа ETERNA 3.0. В длиннопериодной области выделены две составляющие: когерентная лунно-солнечным приливам и некогерентная им. Отмечено, что фазовый сдвиг между объемной деформацией коллектора и уровнем воды в скважине зависит не только от изменений напряженно-деформированного состояния массива горных пород, но и от положения пьезометрической поверхности водоносного горизонта. Рассмотрены некоторые особенности проявления лунно-солнечных приливов в вариациях уровня подземных вод. Для выделенных приливных волн определены амплитуды уровня, объемной деформации водовмещающих пород и фазовый сдвиг между полученными параметрами. Значение амплитудного фактора составляет 0.04-0.058 см/нанострейн.

12. Адушкин В.В., Кочарян Г.Г. Санина И.А. О вкладе взрывных работ в развитие сейсмодеформационных процессов в регионе // ДАН, 2011, т. 441, № 1. С. 92-94.
На основе данных деформографических и сейсмических наблюдени