Развитие экспериментальнотеоретических основ нелинейной геотомографии. Часть II: динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа в напряженных геосредах и сейсмоэмиссионные процессы

В продолжение экспертно-аналитического обзора, анализа и обобщения современных научных достижений в области нелинейной геомеханики и геофизики, начатого в первой (I) части статьи, с целью обоснования нового научного направления в науках о Земле и горном деле, в частности: «Основы нелинейной геотомографии на волнах маятникового типа», в данной (II) части внимание обращено к выделению базового «формульного конструктора» для обработки комплексной экспериментальной информации для оценки динамико-кинематических характеристик волн маятникового типа, энергетическому критерию их возникновения и распространения в господствующем поле напряжений и деформаций, связи с классическими линейными сейсмическими волнами продольного (Р) и поперечного (S) типов; а также индуцируемыми землетрясениями, взрывами и иными механическими источниками нелинейных деформационно-волновых, сейсмоэмиссионных, массо-газообменных и физико-химических процессов в напряженных блочных средах и геоматериалах со сложной внутренней структурой. Большая роль в этом принадлежит отдельным, наиболее значимым, ранее достигнутым соавторами настоящей работы результатам поисковых исследований, опубликованных в разных изданиях, однако представленных в «разрозненном и концептуально не связанном между собой виде». То же относится и к наиболее важным результатам исследований других цитируемых в статье авторов оригинальных исследований. Приведены формализованные связи динамико-кинематических характеристик нелинейных упругих волн маятникового типа в напряженных геосредах блочно-иерархического строения с учетом энергетических характеристик источников их излучения, а также упругих модулей горных пород (коэффициенты Ламе, плотность структурных элементов геоматериалов, коэффициент Пуассона, модуль Юнга). Развивается спектроскопическая теория анализа связей между амплитудно-периодными характеристиками упругих волновых пакетов маятниковых волн и их вещественными носителями — геоблоками соответствующего им иерархического уровня, а также энергетическими уровнями излучаемой сейсмической энергии в канонической шкале иерархических представлений. Даны примеры записей развития нелинейных деформационно-волновых процессов — «носителей» маятниковых волн — в натурных условиях и при испытании различных геоматериалов на их нагружение до разрушения.

Ключевые слова: Нелинейная геотомография, механико-математические основы, волны маятникового типа, блочно-иерархическое строение, спектроскопия, динамико-кинематические характеристики, напряженно-деформированное состояние, энергетическое условие возникновения и распространения маятниковых волн, каноническая связь сейсмоэнерговыделения с размерами геоблоков, массивы горных пород, источники излучения.

Как процитировать:

Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии. Часть II: Динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа в напряженных геосредах и сейсмоэмиссионные процессы // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2019. – № 11. – С. 5–26. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-0-5-26.

Благодарности:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 17-17-01282).

Информация об авторах:

Опарин Виктор Николаевич¹  — член-корреспондент РАН, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий отделом,

e-mail: oparin@misd.ru,

Адушкин Виталий Васильевич¹ — академик РАН, советник РАН, д-р физ.-мат. наук, e-mail: adushkin@idg.chph.ras.ru,

Институт динамики геосфер РАН,

Востриков Владимир Иванович¹ — канд. техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: vvi49@mail.ru,

Юшкин Владимир Федорович¹ — д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: L14@ngs.ru, 
Киряева Татьяна Анатольевна¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: coalmetan@mail.ru, 
¹ Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН.

Контактное лицо:

Опарин В.Н., e-mail: oparin@misd.ru

Список литературы:

1.    Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Усольцева О. М., Мулев С. Н., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А., Потапов В. П. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии. Часть I: Формулировка и обоснование задачи исследований // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 1. — С. 5—25. DOI: 10.25018/02361493-2019-01-0-5-25.

2.    Adushkin V. V., Oparin V. N. From the Alternating-Sign Explosion Response of Rocks to the Pendulum Waves in Stressed Media // J. of Mining Science, P. I: 2012, Vol. 48, No. 2, pp. 203— 222; P. II: 2013, Vol. 49, No. 2, pp. 175−209; P. III: 2014, Vol. 50, No. 4, pp. 623−645; P. IV: 2016, Vol. 52, No. 1, pp. 1−35.

3.    Oparin V. N., Tapsiev A. P., Vostrikov V. I., etc. On Possible Causes of Increase in Seismic Activity of Mine Fields in the Oktyabrsky and Taimyrsky Mines of the Norilsk Deposit in 2003. Part I: Seismic Regime // J. of Mining Science, 2004, Vol. 40, No. 4, pp. 321—338.

4.    Oparin V. N., Simonov B. F. Nonlinear deformation-wave processes in the vibrational oil geotechnologies // J. of Mining Science, 2010, Vol. 46, No. 2, pp. 95—112.

5.    Oparin V. N., Adushkin V. V., Kiryaeva T. A., Potapov V. P. Tyukhrin V. G., Glumov A. V. Effect of Pendulum Waves from Earthquakes on Gas-Dynamic Behavior of Coal Seams in Kuzbass // J. of Mining Science, 2018, Vol. 40, No. 1, pp. 3—14.

6.    Oparin V. N. Theoretical Fundamentals to Describe Interaction of Geomechanical and Physicochemical Processes in Coal Seams // J. of Mining Science, 2017, Vol. 53, No. 2, pp. 201—215.

7.    Опарин В. Н. Волны маятникового типа и «геомеханическая температура» / Труды 2-ой Российско-Китайской международной конференции «Нелинейные геомеханико-геодинамические процессы при отработке месторождений полезных ископаемых на больших глубинах». — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2012. — С. 169—172.

8.  Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. — М.: Мир, 1979. — 388 с.

9.    Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология. Теория и методы. Т. 1. — М.: Мир, 1983. — 519 с.

10. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. — М.: Наука, 1993. — 314 с.

11.    Опарин В. Н., Симонов Б. Ф., Юшкин В. Ф., Востриков В. И., Погарский Ю. В., Назаров Л. А. Геомеханические и технические основы увеличения нефтеотдачи пластов в виброволновых технологиях. — Новосибирск: Наука, 2010. — 404 с.

12.    Wang K., Oparin V. N. Study on recognition of pendulum-type wave propogation in block rock mass // Journal of Advanced Oxidation Technologies. 2018, Vol. 21, Jssue 2, pp. 95—110.

13.    Садовский М. А., Кедров О. К., Пасечник И. П. О сейсмической энергии и объеме очагов при коровых землетрясениях и подземных взрывах // ДАН. — 1985. — т. 283. — № 5. — С. 1153—1156.

14. Гурвич И. И., Боганик Г. Н. Сейсмическая разведка. — М.: Недра, 1980. — 551 с.

15.    Опарин В. Н., Тимонин В. В., Карпов В. Н., Смоляницкий Б. Н. О применении энергетического критерия объемного разрушения горных пород при совершенствовании технологии ударно-вращательного бурения скважин // ФТПРПИ. — 2017. — № 6. — С. 81—104.

16.    Oparin V. N., Usol'tseva O. M., Semenov V. N., Tsoi P. A. Evolution of stress—strain state in structured rock specimens under uniaxial loading // J. of Mining Science, 2013, Vol. 49, No. 5, pp. 865—877.

17.    Oparin V. N., Kiryaeva T. A., Usol'tseva O. M. Nonlinear deformation-wave processes in various rank coal specimens loaded to failure under varied temperature // J. of Mining Science, 2015, Vol. 51, No 4, pp. 641—658.

18.    Опарин В. Н., Танайно А. С. Каноническая шкала иерархических представлений в горном породоведении. — Новосибирск: Наука, 2011. — 259 с.

19.    Журков С. Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел (термофлуктуационный механизм) // Вестник АН СССР. — 1968. — № 3. — С. 46—52.

20.    Журков С. Н., Куксенко В. С., Петров В. А. О прогнозировании разрушения горных пород // Физика Земли. — 1977. — № 6. — С. 11—18.

21.    Садовский М. А., Адушкин В. В., Спивак А. А. О размере зон необратимого деформирования при взрыве в блочной среде / Избранные труды. — М.: Наука, 2004. — С. 109—115.

22.    Опарин В. Н., Аннин Б. Д., Чугуй Ю. В. и др. Методы и измерительные приборы для моделирования и натурных исследований нелинейных деформационно-волновых процессов в блочных массивах горных пород / Отв. ред. В.Л. Шкуратник. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. — 320 с.

23.    Опарин В. Н., Багаев С. Н., Маловичко А. А. и др. Методы и системы сейсмодеформационного мониторинга техногенных землетрясений и горных ударов / Отв. ред. Н.Н. Мельников. — Новосибирск: Изд-во СО РАН. — т. 1. — 2009. — 304 с; т. 2. — 2010. — 261 с.

24.    Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах. Т. 1 / Под ред. Н.Н. Мельникова. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2018. — 549 с.

25.    Wang Kaixing, Dou Linming, Pan Yishan. Study of tunnel roof anti impact and energy absorption effect on block overburden rock mass failure // J. of China University of Mining and Technology. 2017, Vol. 46, No. 6, pp. 1212—1217.

26.    Zhou A. T., Wang K. Regularities of Two-Phase Gas Flow under Coal and Gas Outbursts in Mines // J. of Mining Science, 2017, Vol. 53, No. 3, pp. 533—543.

27.    Zuzana Weishauptová, Oldřich Přibyl, Ivana Sýkorová, Vladimír Machovič. Effect of bituminous coal properties on carbon dioxide and methane high pressure sorption // Fuel, 2015, 139, pp. 115—124.

28.    Kiani A., Sakurovs R., Grigore M., Sokolova A. Gas sorption capacity, gas sorption rates and nanoporosity in coals // International Journal of Coal Geology, 2018, 200, pp. 77—86.

29.    Shroder J. F., Davies T. Landslide Hazards, Risks, and Disasters. Amsterdam-OxfordWaltham: Elsevier, 2015. 492 p.

30.    Hudyma M., Brown L., Cortolezzis D. Seismic risk in Canadian mines. CIM MEMO, 2016, Sudbury, 14 p.

31.    Lasocki S., Orlecka-Sikora B., Mutke G., Pytel W., Rudzinski L. A catastrophic event in Rudna copper-ore mine in Poland on 29 November, 2016: what, how and why / In: Proc. 9th Int. Symp. on Rockbursts and Seismicity in Mines — RaSiM9, November 15—17, Santiago, Chile (J. A. Vallejos, ed.), S. A. Editec, Santiago, Chile, pp. 316 — 324.

32.    Wang Kai-xing, Pan Yi-shan, Dou Lin-ming. Energy transfer in block-rock mass during propagation of pendulum-type waves // Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2016, 38(12), pp. 2309—2314.