Краснощеков Д.Н., Овчинников В.М., Усольцева О.А. «Механическая добротность в верхней части внутреннего ядра Земли по данным коды волн РКIКP» Физика Земли, № 5, с. 17-29 (2021)

На основе анализа методом компьютерной графики альфа-шейп огибающей коды отраженных от поверхности внутреннего ядра Земли волн PKiKP, возбужденных ядерными взрывами, получены оценки величины механической добротности для девяти областей отражения под Арктикой, Центральной и Юго-Восточной Азией со средним значением Q=447±43. Механизм формирования коды может быть обусловлен неоднородностями в верхней части внутреннего ядра с характерным линейным размером 1–4 км и вариациями скорости продольных волн порядка 1–3%.

Кочарян Г.Г., Беседина А.Н., Кишкина С.Б., Павлов Д.В., Шарафиев З.З., Каменев П.А. «Инициирование обрушения склона сейсмическими колебаниями от разных источников» Физика Земли, № 5, с. 41-54 (2021)

Приведены результаты лабораторных исследований критериев обрушения склонов под воздействием импульсных динамических нагрузок в диапазоне максимальных скоростей смещения грунта (PGV) от 0.003 до 1.3 м/с и ускорений (PGA) – от 0.01 до более чем 170g. Установлены критические значения параметров динамических воздействий на модельные склоны. Значение минимального пикового ускорения, при котором наблюдалось образование оползня, значительно превышает величину критического ускорения, рассчитанную на основе квазистатического подхода. В то же время, при близких коэффициентах статической устойчивости, критические параметры для подводных и надводных склонов сопоставимы, несмотря на то, что характер движения грунта после инициирования в опытах под водой сильно отличается от наземных склонов. Показано, что существуют минимальные величины PGA и PGV, при которых наблюдаются необратимые деформации склона. Если ускорение ниже минимального значения PGA_min, то значимых необратимых деформаций не наблюдается при любых значениях PGV. Если величина массовой скорости ниже PGV_min , то при PGA>PGA_min наблюдаются необратимые деформации, так что при повторном воздействии склон может быть разрушен. С использованием приближения Ньюмарка выполнены расчеты устойчивости склонов при различных видах воздействия – землетрясениях разных магнитуд, массовых карьерных взрывах, подземных взрывах большой мощности.

Рига В.Ю., Турунтаев С.Б. «Моделирование индуцированной сейсмичности на основе двухпараметрического закона rate-and-state» Физика Земли, № 5, с. 55-73 (2021)

Рассматривается вопрос численного моделирования сейсмичности, индуцированной закачкой флюида в недра. Одним из важных факторов, определяющих динамику скольжения тектонических разломов в процессе воздействия, является вид закона трения, действующего на берегах разломов. Путем численного анализа, проведенного в рамках слайдер-модели в сопоставлении с результатами лабораторных экспериментов, показано, что двухпараметрическая форма закона трения типа rate-and-state позволяет описывать наиболее широкий спектр наблюдаемых режимов скольжения. На основе модели двойной пористости, а также слайдер-модели трещин моделируется индуцированная сейсмичность в районе г. Базель, Швейцария, возникшая в ходе реализации проекта по использованию геотермальной энергии. Представлена физически полная модель вложенных трещин, позволяющая моделировать процесс фильтрации флюида в породе, содержащей трещины или разломы, с учетом изменения фильтрационных свойств последних. Процесс деформации разлома описывается с использованием метода разрывных смещений. Модель применяется для анализа результатов натурного эксперимента по закачке воды в разлом на юге Франции. Исследуется развитие подвижек разлома в зависимости от различных параметров: свойств разлома, фильтрационных свойств породы, параметров закачки. Найдены условия, при которых в рамках предложенной модели возможно возникновение сейсмических подвижек.

Турунтаев С.Б., Зенченко Е.В., Зенченко П.Е., Тримонова М.А., Барышников Н.А., Новикова Е.В. «Динамика роста трещины гидроразрыва по данным ультразвукового просвечивания в лабораторных экспериментах» Физика Земли, № 5, с. 104-119 (2021)

Данные акустического просвечивания, полученные в лабораторном эксперименте, были использованы для выделения стадий возникновения, роста и заполнения жидкостью трещины гидроразрыва. Лабораторная установка позволяет выполнять эксперименты с пористыми насыщенными образцами искусственных материалов диаметром 430 мм и высотой 70 мм. В качестве модельного материала использовалась смесь гипса с цементом, образец насыщали водным раствором гипса и нагружали вертикальными и двумя горизонтальными независимыми напряжениями. Трещина создавалась закачкой вязкой жидкости с постоянной скоростью через обсаженную скважину в центре образца. Мониторинг гидроразрыва пласта осуществлялся путем регистрации ультразвуковых импульсов, проходящих через образец. Сравнение вариаций амплитуд ультразвуковых импульсов и давления закачки привело к следующим наблюдениям: начало роста трещины гидроразрыва пласта происходит при давлении, меньшем максимального значения; рост трещины происходит быстрее ее заполнения жидкостью; после заполнения трещины жидкостью происходит увеличение раскрытия трещины. Когда закачка прекращается, регистрируется закрытие трещины по мере снижения давления в скважине за счет фильтрации в образец. Показана возможность создания вторичной трещины гидроразрыва в случае изменения ориентации главных сжимающих напряжений при условии, если первичная трещина перпендикулярна оси скважины, а вторичная – параллельна оси.

Глазачев Д.О., Попова О.П., Подобная Е.Д., Артемьева Н.А., Шувалов В.В., Светцов В.В. «Эффекты ударной волны, генерируемой на поверхности Земли при падении космических тел размером от 20 м до 3 км» Физика Земли, № 5, с. 133-145 (2021)

Разрушения на поверхности Земли, вызываемые ударной волной, являются одним из наиболее важных и опасных последствий падений астероидов и комет. Избыточное давление и скорость ветра за фронтом ударной волны, приводящие к тем или иным опасным последствиям, могут быть оценены на основе специально разработанных моделей взаимодействия космических объектов с атмосферой и поверхностью Земли. Ударная волна является также причиной сейсмических эффектов, но в данной работе рассматривается только прямое действие ударной волны. Систематическое численное моделирование взаимодействия космических объектов с атмосферой было ранее проведено для большого количества различных сценариев в рамках гидродинамической модели. Анализ результатов этого моделирования позволяет предложить аппроксимационные соотношения, которые дают возможность оценить избыточное давление, скорость ветра за ударной волной и их распределение на поверхности, если известны параметры импактора, его скорость и угол наклона траектории. Эти соотношения учитывают пространственную неоднородность распределения избыточного давления на поверхности Земли. Полученные соотношения подобия были протестированы на данных Челябинского и Тунгусского событий, и было показано хорошее соответствие с данными разрушений. Полученные аппроксимационные соотношения используются в интернет-калькуляторе (http://www.AsteroidHazard.pro), позволяющем быстро и достаточно точно оценивать различные эффекты падений.

Иванов Б.А. «Численное моделирование формы ударных кратеров с учетом аномального динамического разупрочнения» Физика Земли, № 5, с. 146-154 (2021)

Моделирование движения крупных блоков земной коры относительно друг друга во многом зависит от правильного описания сил, действующих между этими блоками. Для описания движения при высоких скоростях деформации оказалось необходимым предположить, что сила сухого трения зависит от скорости сдвига и, во многих случаях, от амплитуды сдвига бортов разлома. Наиболее известные примеры крупномасштабных движений с динамически уменьшающимся трением дают дальнопробежные лавины и коллапсирующие в поле тяжести переходные полости крупных ударных кратеров. В работе обсуждается опыт использования модели акустической флюидизации как причины временного снижения сухого трения для количественного воспроизведения формы ударных кратеров на Земле и других планетах. Намечены ближайшие перспективы поиска более адекватных моделей.

Рыбнов Ю.С., Спивак А.А., Харламов В.А. «Анализ методов оценки энергии источников акустико-гравитационных волн в атмосфере Земли» Физика Земли, № 5, с. 202-209 (2021)

Приводится сравнительный анализ подходов и методов оценки энергии источников акустико-гравитационных волн в атмосфере Земли на основе результатов их регистрации. Рассмотрен ряд известных зависимостей между параметрами зарегистрированных инфразвуковых сигналов и энергией источника. Обсуждается феноменологическая модель распространения инфразвуковых сигналов от мощных взрывных источников в стратосферном волноводе. На основе модели с учетом принципа энергетического подобия спектров акустико-гравитационных волн разработан новый подход к определению энергии источника, в котором в качестве определяющего параметра выбрана преимущественная частота распространяющегося в атмосфере сигнала. Показано, что результаты теоретических оценок энергии источника, выполненных с использованием разработанного подхода, согласуются с данными инструментальных наблюдений. Определены погрешности оценки энергии источников акустико-гравитационных волн при использовании известных и разработанного подходов.

Светцов В.В., Шувалов В.В. «Оценки воздействия на Землю ударов апериодических комет» Физика Земли, № 5, с. 210-222 (2021)

Удары комет по Земле, как и сами кометы, особенно апериодические, по сравнению с астероидами изучены гораздо меньше. Но, несмотря на редкость таких ударов, они происходили в прошлом и нельзя исключить их в ближайшем будущем. Причем возможны удары межзвездных и, в принципе, даже межгалактических объектов с гиперболическими орбитами. Одна такая комета 2I/Борисов была открыта совсем недавно. Для оценки воздействия таких объектов на Землю мы провели численное моделирования ударов кометных ядер диаметром 1 и 3 км по твердой Земле со скоростями 70 и 170 км/с под углом 45° к поверхности. Моделирование проводилось с помощью гидродинамической компьютерной программы с учетом термодинамических свойств пылевого ядра и оболочки кометы и земной коры в твердом и расплавленном состоянии. Определялись потоки теплового излучения на поверхности Земли на основе приближенного решения уравнения переноса излучения с учетом оптических свойства паров и воздуха. Оценены размеры зоны поражения воздушной ударной волной, массы выброшенного вещества в атмосферу и ее загрязнение, магнитуды землетрясений, размеры областей потенциального возникновения пожаров. Наиболее опасное прямое воздействие связано с возможностью возникновения пожаров в области, которая намного превышает как размер ударного кратера, так и область низкоскоростных выбросов из кратера, составляя в диаметре от 3000 км при минимальной из рассмотренных энергий удара до 14 000 км при ударе с максимальной энергией. Долговременные последствия ударов связаны с загрязнением атмосферы мелкодисперсными выбросами, химическими компонентами, затемнением атмосферы.