Механизм воздействия прилива в условиях нелинейного геомеханического квазирезонанса

Можно предложить еще один возможный механизм воздействия лунно-солнечного прилива на усиление интенсивности микросейсми- ческих и электромагнитных сигналов, вариаций других геофизических полей в окрестности структурных особенностей геосреды, основанный на явлении нелинейного геомеханического квазирезонанса и медленных деформационных волн.

Определяющим свойством массивов горных пород признано блочно-иерархическое строение. Массивы горных пород представляют собой систему вложенных друг в друга блоков разного масштабного уровня, свойства которой характеризуются масштабной инвариантностью [Опарин и Симонов, 2010].

Взаимодействия блоков осуществляются по межблоковым промежуткам, где возникают аномально высокие напряжения, приводящие к разрушению среды, изменению флюидных потоков, конфигурации электрических зарядов и токов, возникновению сейсмоакусти- ческих и электромагнитных сигналов [Адушкин и Спивак, 2012].

Одним из проявлений подобных взаимодействий считают маятниковые волны [Опарин и Симонов, 2010]. Составные элементы (блоки) неоднородной структуры массива горных пород, имеющие свои собственные колебательные степени свободы, разделенные прослойками из более слабых трещиноватых пород, их контактные взаимодействия приводят к возникновению медленных деформационных волн - волн маятникового типа [Там же].

Деформирование блочного массива как в динамике, так и в статике происходит в основном за счет деформации прослоек. Деформирование прослоек существенно нелинейно, что приводит в том числе к появлению низкочастотных компонент колебаний, относящихся к линейным размерам блоков — носителей деформационных волн, и особенному скоростному режиму этих волн, который начинается со скорости криповых деформаций.

Эти медленные деформационные волны, достигая области структурной неоднородности геосреды или возникая в ней, способны индуцировать колебательные и апериодические движения блоков в ее окрестности [Там же]. Эти движения должны приводить к преобразованиям процессов вариации напряженно-деформированного состояния массивов горных пород, процессов разрушения и других видов необратимого деформирования и соответствующим изменениям сейсмоакустической и электромагнитной эмиссии, интенсивность которой в обычных условиях пропорциональна напряженности массивов горных пород [Яковицкая, 2008].

Маятниковые волны могут генерироваться низкочастотными вибрационными или импульсными воздействиями [Опарин и Симонов, 2010]. Источниками маятниковых волн могут быть сейсмические процессы [Опарин и Симонов, 2010, Багаев и др., 2010].

Обоснованно предположить, что гравитационный прилив модулирует генерацию, энергетическую подпитку и динамику маятниковых волн. Действительно, энергетический параметр возбуждения маятниковых волн включает в себя упругий потенциал от горного давления и кинетическую энергию, сообщаемую импульсным, вибрационным или иным источником возбуждения маятниковых волн, дошедшую в заданную точку массива, и от движения смежных к данной области геосреды блоков соответствующего размера [Опарин и Симонов, 2010]. Таким образом, при отсутствии внешнего импульсного или вибрационного воздействия условие возникновения волн маятникового типа может выполняться в достаточно напряженных областях геосреды. Земной прилив, увеличивая напряжения и деформации в данной области геосреды, будет способствовать выполнению этого условия, обеспечивая возбуждение собственных колебаний структурных геоблоков различного размера. Энергетическая подпитка маятниковых волн может осуществляться за счет упругой энергии, накопленной в массивах горных пород, которую пополняет и модулирует прилив.

Вместе с тем, данные наблюдений свидетельствуют, что прилив индуцирует микросейсмические колебания [Адушкин и Спивак, 2012; Адушкин и др., 2012], которые, в свою очередь, способны генерировать релаксационные процессы, связанные с блоковыми подвижками [Адушкин и Спивак, 2012] (см. подробнее в следующем параграфе), что может привести к модуляции формирования и динамики маятниковых волн и (или) росту областей в состоянии критического деформирования.

Энергетическое условие возникновения маятниковых волн предполагает сохранение суммы потенциальной упругой и кинетической энергий, что отражает возможность осцилляций и резонансных явлений [Опарин и Симонов, 2010].

В этой ситуации возможно возникновение так называемых нелинейных геомеханических квазирезонансных процессов [Опарин и Симонов, 2010; Курленя и др., 1998; Kurlenya and Oparin, 2000]. На критических стадиях деформирования система блоков может демонстрировать акустически активное состояние, при котором происходит резкое усиление колебаний на резонансных частотах волновых пакетов блоков и сходимость этих частот. Усиление осуществляется вследствие накачанной в геосреду упругой энергии с последующим когерентным излучением сейсмических волн. То же относится и к генерации электромагнитных импульсов.

Отметим, что земной прилив, увеличивая напряжения и (или) блоковые подвижки, способствует росту областей в состоянии критического деформирования.

Области, находящиеся на стадии предразрушения, «могут переходить в механически активные состояния, уподобляясь своеобразной геомеханической «лазерной» системе с последующим «когерентным» излучением сейсмических и электромагнитных волн» [Опарин и Симонов, 2010. С. 11].

Это дает основание для «спектроскопического подхода» [Там же] к анализу связей между структурой геореды и структурой геофизических полей. В этой ситуации возможно формирование спектрального состава акустических, электромагнитных и деформационных волновых пакетов под влиянием структурного фактора горных пород (акусто-электромагнитно-деформационная радуга) [Там же].

Итак, формирование квазирезонансных движений породных блоков приводит к кратковременному переходу накопленной избыточной упругой потенциальной энергии в кинетическую энергию движения геоблоков с возникновением сейсмических, маятниковых волн и электромагнитных сигналов [Курленя и др., 1998; Kurlenya and Oparin, 2000], и этот процесс может модулироваться приливом.

Огибающая приливной силы имеет максимумы в период новолуния и полнолуния, ее величину модулируют и другие фазовые соотношения в системе Солнце — Луна — Земля. На участке с достаточно напряженным состоянием геосреды, начиная с определенного порогового уровня приливного воздействия, связанного с достаточным ростом областей геосреды в состоянии критического деформирования, может происходить резкое нелинейное самоусиление интенсивности различных геофизических полей.

Эти механизмы включаются в первую очередь в энергонасыщенных зонах, где может накапливаться энергия деформационного воздействия, — в зонах с различными структурными неоднородностями, в разломных зонах.

Области структурной неоднородности геосреды дают один из возможных примеров описанной выше «спектроскопической лаборатории» в те интервалы времени, когда воздействие гравитационных приливов превышает определенный пороговый уровень для данного участка геосреды.

Модулируя нелинейные геомеханические квазирезонансные явления, прилив может модулировать и возможные явления, связанные с ними, в частности процессы, связанные с акустико-электромагнитно-деформационной радугой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >