Основными методами исследований, планируемых в проекте, будут лабораторные и численные эксперименты, в которых планируется изучить фундаментальные закономерности распространения разрыва и излучение сейсмических волн при подвижке по разлому, магистральный сместитель которого на разных участках выполнен геоматериалом с разными фрикционными свойствами.

  Пожалуй, важнейшим является намерение исследовать влияние размеров и относительной плотности участков со свойствами разупрочнения (VW) (снижение трения по мере роста скорости и/или перемещения берегов интерфейса). В рамках распространенной модели Rate & State friction [Deiterich, 1979] именно на таких участках, между которыми располагаются области скоростного упрочнения (VS) или с постоянным трением (VC), может возникать динамически неустойчивое скольжение. Между участками разупрочнения скорость распространения разрыва и скорость скольжения снижается, вновь увеличиваясь на соседних пятнах (Кочарян, Кишкина, 2020). Такие зоны разупрочнения часто ассоциируют с «запертыми» участками разлома или «asperities”  [Scholz, Campos, 2012; Кочарян, 2016 и др.].

  Численно будут решаться задачи, связанные с распространением разрыва по границе, разделяющей два полупространства со свойствами, соответствующими скальной породе. Как отмечалось выше (п.4.5), существует множество работ, в которых численно моделируется процесс распространения динамического разрыва вдоль шероховатого контакта. Мы планируем использовать модель плоского контакта, фрикционные характеристики которого будут разными на различных участках (чередование участков VS, VW или VC). Фрикционное взаимодействие будет описываться как в рамках Кулоновского трения, так и с использованием модифицированной модели “Rate and State” с учетом вязкого трения [Будков, Кочарян, 2016]. Моделирование будет выполняться с помощью отработанных программных комплексов,  реализованных в рамках двумерного вычислительного кода, созданного на основе лагранжева численного метода "Тензор" [Майнчен, Сак, 1967]. Численные коды были адаптированы к задачам геомеханики в лаборатории «Деформационных процессов в земной коре» ИДГ РАН и хорошо зарекомендовали себя, в том числе при исследовании кинематических характеристик процесса скольжения блока по шероховатой поверхности. Основное внимание будет уделено исследованию влияния относительного расположения и свойств участков интерфейса с различным трением на динамику распространения разрыва, особенно в режиме supershear, и излучение сейсмических волн.

  Лабораторные эксперименты будут проводиться на созданной в ИДГ РАН в 2020г. установке для исследования закономерностей сдвига по лабораторному разлому. Отличительной особенностью установки является размер сдвигаемых блоков (длина 80 см), возможность дифференциального приложения разных нормальных усилий к разным участкам разлома, оснащенность современным измерительным оборудованием (акселерометры, лазерные датчики перемещения, индукционные датчики перемещения, вихретоковые датчики перемещения, аппаратура для регистрации акустической эмиссии, тензометрическая аппаратура). Установка используется для одновременного выполнения исследований по нескольким научным проектам. Для задач предлагаемого исследования существенным является то обстоятельство, что возможности установки позволяют варьировать по площади разлома как напряженное состояние, так и в широких пределах фрикционные свойства контакта. Такая постановка эксперимента обладает очевидной новизной.

  Мы надеемся, что результаты, полученные в лабораторных и численных экспериментах, позволят создать феноменологическую модель явления ускорения и замедления разрыва на участках с разными фрикционными свойствами. Эта модель будет использована для интерпретации доступных данных GPS наблюдений и параметров разрывов в таких областях, как субдукционная зона Чили, Японский желоб, Суматранская зона и др., где по данным космической геодезии определяется коэффициент сейсмической эффективности (seismic coupling). Предполагается, что в районе asperities, где разлом заперт в межсейсмический период все перемещение набирается за счет подвижки при землетрясении. В окружающей области  скольжение условно стабильно (скольжение стабильно при квазистатической нагрузке, но может стать нестабильным при динамической нагрузке выше определенной величины), а коэффициент сейсмической эффективности меньше единицы. На участках крипа, где крупных землетрясений нет, величина коэффициента невелика. Исходя из предположения, что зоны высокой сейсмической эффективности представляют собой VW участки, мы планируем сопоставить их размеры и местоположение с очаговыми параметрами соответствующих землетрясений и данными о длине и динамике разрыва.

при поддержке