УДК 550.34.01

DOI 10.24411/1683-805X-2019-14004

 

Исследованы модель динамики разломов земной коры и генерирования деформационных волн в разломно-блоковой геологической среде, параметры, определяющие режимы скольжения в разломах, и физика перехода между различными деформационными режимами. Модель учитывает важнейшие механизмы взаимодействия бортов разлома: трение, геометрические неоднородности (шероховатости и «зацепления») и внешнюю нагрузку, которые управляют процессом скольжения по разлому. Результаты натурных и лабораторных исследований миграции деформаций на макро- и мезоуровне соответствуют представлениям о перемещении локализованной деформации в форме уединенных волн (кинков, солитонов) и автоволн. Показано, при каких условиях возможен переход от модели уединенных волн в консервативной среде с малым «трением» (солитонное поведение системы) к модели уединенных волн в активной среде с диффузией (автоволновое поведение системы). Рассмотрены два возможных режима деформирования разломно-блоковой структуры в пределе сильного трения, при которых заблокировано смещение бортов разлома, но при этом соседние блоки в теле разлома совершают движения друг относительно друга. В пределе сильного трения возмущенное уравнение sin-Гордона, примененное для моделирования динамики разлома, сводится к уравнению типа реакции-диффузии, а система переходит из солитонного режима в автоволновой режим. При сильном трении и отсутствии подкачки энергии в разлом от внешнего источника перенос локализованной деформации сменяется диффузионным рассеянием напряжения.

Ключевые слова: динамика разлома, неустойчивое скольжение, медленные деформационные волны, солитоны, автоволны, уравнение sin-Гордона

 

Development of sliding regimes in faults and slow strain waves

The paper investigates a model simulating crustal fault dynamics and strain wave generation in a fault-block geological medium, the parameters determining sliding regimes in faults, and the physics of transitions between different deformation regimes. The model comprises the most important mechanisms responsible for the interaction of fault walls: friction, geometric inhomogeneities (roughness and asperities on the fault surface), and external load, which govern sliding along the fault. The results of field and laboratory studies of deformation migration on the macro/mesoscale are consistent with the concept of localized deformation propagation in the form of solitary waves (kinks, solitons) and autowaves. The conditions are defined which make possible the transition from the model simulating solitary waves in a conservative medium with low "friction" (soliton-like behavior of the system) toward the model of solitary waves in an active medium with diffusion (autowave-like behavior of the system). Two possible deformation regimes of the fault-block structure in the high-friction limit are considered. The fault wall displacement is stopped due to this friction, but the adjacent blocks move relative to each other in the body of the fault. It is shown that in the high-friction limit a perturbed sine-Gordon equation applied for fault dynamics modeling is reduced to a reaction-diffusion equation, whereas the system goes from the soliton regime to the autowave regime. In the case of high friction and a lack of energy supply to the fault from an external source, the transfer of localized deformation is changed by a diffusive dissipation of stress.

Keywords: fault dynamics, stick-slip, slow strain waves, solitons, autowaves, sine-Gordon equation

 

 

В.Г. Быков  Формирование режимов скольжения в разломах и медленные деформационные волны // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 4. - С. 39-46