Актуальные вопросы гидрогеологии сейсмогенных разломных зон

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гидрогеология разломных зон, особенно на значительной глубине, является, возможно, наиболее слабо разработанной областью механики очага землетрясений. Это связано как с недостаточным количеством данных о фильтрационных характеристиках материала на большой глубине, так и со сложностью процессов массопереноса, образования и залечивания нарушений сплошности в условиях высоких температур и давлений. При этом очевидно сильнейшее влияние флюида как на фрикционные характеристики, так и на напряженное состояние массива горных пород в окрестности зоны скольжения. Флюиды являются носителями растворенного вещества и тепловой энергии, эффективным катализатором различного рода метаморфических превращений. Согласно некоторым моделям, перетоки флюида могут являться триггерами старта и остановки сейсмогенных разрывов. Развивающаяся в последние годы в мировой сейсмологии тенденция к построению комплексной расчетной модели, адекватно описывающей процессы подготовки, инициирования и остановки различных мод скольжения по разломам, требует совершенствования представлений о флюидодинамике сейсмогенных разломов.
В настоящем обзоре собраны сведения о гидрогеологии разломных зон, полученные в последние годы. Проанализированы развиваемые на основе натурных данных, лабораторных и полевых экспериментов и численных расчетов модели и представления о роли флюидов на разных стадиях сейсмического цикла.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Г. Кочарян

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: gevorgkidg@mail.ru
Россия, Москва

И. В. Шатунов

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН

Email: gevorgkidg@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Адушкин В.В., Спивак А.А. Подземные взрывы. М.: Наука. 2007. 579 с.
  2. Барышников Н.А., Зенченко Е.В., Турунтаев С.Б. Применение метода регуляризации квадратичного отклонения для анализа результатов лабораторных исследований нелинейных фильтрационных потоков // Динамические процессы в геосферах. 2022 Т. 14. № 1. С. 85–92. http://doi/org/10.26006/22228535_2022_14_1_85
  3. Бернштейн В.А. Механогидролитические процессы и прочность твердых тел. Л.: Наука. 1987. 320 с.
  4. Беседина А.Н., Кишкина С.Б., Кочарян Г.Г., Ряховский И.А. Анализ микросейсмического фона до и после сильных землетрясений на примере Чилийской зоны субдукции // Физика Земли. 2020. № 2. С. 10–20.
  5. Будков А.М., Кочарян Г.Г. Формирование зоны нарушенного материала в окрестности динамического сдвига по разлому в кристаллическом массиве горных пород // Физическая мезомеханика. 2024. Т. 27. № 1. С. 102–116. doi: 10.55652/1683-805X_2024_27_1_102-116
  6. Будков А.М., Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б. Оценка изменения проницаемости массива горных пород в окрестности подземного взрыва по экспериментальным данным и результатам численного моделирования // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023. № 1. С. 12–21. doi: 10.15372/FTPRPI20230102
  7. Горбунова Э.М., Беседина А.Н., Кабыченко Н.В., Батухтин И.В., Петухова С.М. Реакция водонасыщенных коллекторов на динамическое воздействие (по данным прецизионного мониторинга уровня подземных вод) // Физика Земли. 2021. № 5. С. 74–90.
  8. Карцева Т.И., Смирнов В.Б., Патонин А.В., Сергеев Д.С., Шихова Н.М., Пономарева А.В., Строганова С.М., Михайлов В.О. Инициация разрушения горных пород флюидами разной вязкости // Физика Земли. 2022. № 4. С. 151–166. doi: 10.31857/S0002333722040056. – EDN JHBKOU
  9. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. М.: Наука. 1969. 420 с.
  10. Киссин И.Г. Современный флюидный режим земной коры и геодинамические процессы. Флюиды и геодинамика / И.Г. Киссин, В.Л. Русинов (ред.). М.: Наука. 2006. С. 85–104.
  11. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре. Геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука. 2015. 328 с.
  12. Кольская сверхглубокая. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины / Е.А. Козловский (ред.). М.: Недра. 1984. 490 с.
  13. Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований / В.П. Орлов, Н.П. Лаверов (ред.). М: МФ “Технонефтегаз”. 1998. 260 c.
  14. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС. 2016. 424 с.
  15. Кочарян Г.Г. Возникновение и развитие процессов скольжения в зонах континентальных разломов под действием природных и техногенных факторов. Обзор современного состояния вопроса // Физика Земли. 2021. № 4. С. 3–41. doi: 10.31857/S0002333721040062
  16. Кочарян Г.Г., Батухтин И.В. Лабораторные исследования процесса скольжения по разлому как физическая основа нового подхода к краткосрочному прогнозу землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 671–691. doi: 10.5800/GT‐2018‐9‐3‐0367
  17. Кочарян Г.Г., Бенедик А.Л., Костюченко В.Н., Павлов Д.В., Перник Л.М., Свинцов И.С. Опыт воздействия на трещиноватый коллектор низкоамплитудными сейсмическими колебаниями // Геоэкология. 2004. № 4. С. 367–377.
  18. Кочарян Г.Г., Беседина А.Н., Гридин Г.А., Морозова К.Г., Остапчук А.А. Трение как фактор, определяющий излучательную эффективность подвижек по разломам и возможность их инициирования. Состояние вопроса // Физика Земли. 2023. № 3. С. 3–32. doi: 10.31857/S0002333723030067
  19. Кочарян Г.Г., Виноградов Е.А., Горбунова Э.М., Марков В.К., Марков Д.В., Перник Л.М. Гидрогеологический отклик подземных коллекторов на сейсмические колебания // Физика Земли. № 12. 2011. С. 50–62.
  20. Кочарян Г.Г., Лившиц Л.Д., Павлов Д.В., Перник Л.М. Исследование деформационных свойств и проницаемости зон нарушений сплошности скальных массивов // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2001. № 1. С. 3–16.
  21. Кочарян Г.Г., Марков В.К., Марков Д.В., Перник Л.М. О механизме вариаций флюидодинамического режима подземных коллекторов под действием слабых возмущений. Физические поля и динамика взаимодействующих геосфер. Сборник научных трудов ИДГ РАН. М.: ГЕОС. 2007. С. 56–65.
  22. Кочарян Г.Г., Марков В.К., Остапчук А.А., Павлов Д.В. Мезомеханика сопротивления сдвигу по трещине с заполнителем // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16. № 5. С. 5–15.
  23. Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Мартынов В.С. Изменение режима деформирования разлома в результате инжекции флюида // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. № 2. С. 20–28.
  24. Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. М.: ИКЦ “Академкнига”. 2003. 423 с.
  25. Мохов А.В. Трансформация проницаемости горных пород на участках подземных разработок каменноугольных залежей (геомеханические аспекты) // Наука Юга России. 2018. Т. 14. № 2. С. 42–54.
  26. Мохов А.В. Гидродинамический режим подземных вод горных отводов угольных и сланцевых шахт // Докл. РАН. 2018. Т. 483. № 1. С. 70–73.
  27. Николаевский В.Н. Обзор: земная кора, дилатансия и землетрясения. РайсДж. Механика очага землетрясения. М.: Мир. 1982. С. 133–215.
  28. Павленкова Н.И. Флюидный режим верхних оболочек Земли по геофизическим данным. Флюиды и геодинамика / И.Г. Киссин, В.Л. Русинов (ред.). М.: Наука. 2006. С. 201–218.
  29. Райс Дж. Механика очага землетрясения. М.: Мир. 1982. 215 с.
  30. Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра. 1970. 160 с.
  31. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра. 1986. 301
  32. Родионов В.Н., Спивак А.А., Цветков В.М., Сизов И.А. Изменение проницаемости среды в зоне неупругих деформаций при подземном взрыве // Физико-техн. проблемы разработки полезных ископаемых. 1981. № 1. С. 27–33.
  33. Родкин М.В. Роль глубинного флюидного режима в геодинамике и сейсмотектонике. М.: Нац. Геоф. Ком. 1993. 194 с.
  34. Родкин М.В. Рундквист Д.В. Геофлюидогеодинамика. Приложение к сейсмологии, тектонике, процессам рудо- и нефтегенеза. Долгопрудный: Интеллект. 2018. 288 с.
  35. Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: изд-во СО РАН. 1997. 144 с.
  36. Ружич В.В., Кочарян Г.Г. О строении и формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть I. Приповерхностный уровень // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 1021–1034]. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0330
  37. Ружич В.В., Кочарян Г.Г., Савельева В.Б., Травин А.В. О формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть II. Глубинный уровень // Геодинамика и тектонофизика. 2018а. Т. 9. № 3. С. 1039–1061. doi: 10.5800/GT‐2018‐9‐3‐0383
  38. Ружич В.В., Кочарян Г.Г., Травин А.В., Савельева В.Б., Остапчук А.А., Рассказов С.В., Ясныгина Т.А., Юдин Д.С. Определение PT-условий при формировании сейсмогенных подвижек по глубинному сегменту краевого шва сибирского кратона // Докл. РАН. 2018б. Т. 481. № 4. С. 434–437. doi: 10.31857/S086956520001774-4
  39. Ружич В.В., Медведев В.Я., Иванова Л.А. Залечивание сейсмогенных разрывов и повторяемость землетрясений. Сейсмичность байкальского рифта. Прогностические аспекты / Павлов О.В., Мишарина А.Л. (ред.). Новосибирск: Наука. 1990. С. 44–50.
  40. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Гео. 2003. 243 с.
  41. Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Физика переходных режимов сейсмичности. М.: РАН. 2020. 412 с.
  42. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Динамика разрушения моделей геологической среды при триггерном влиянии жидкости // Физика Земли. 2011. № 10. С. 48–63.
  43. Соболев Г.А., Пономарев А.В., Киреенкова С.М., Майбук З.Ю.Я. Экспериментальное исследование влияния постоянного электрического тока на фильтрацию суспензий в горной породе // Геофизические исследования. 2020. Т. 21. № 3. С. 19–33.
  44. Спивак А.А. Оценка нарушенности горного массива по результатам фильтрационных испытаний // Горный журнал. 1980. № 5. С. 29–35.
  45. Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Баюк И.О., Белобородов Д.Е., Березина И.А., Гафурова Д.Р., Дубиня Н.В., Краснова М.А., Корост Д.В., Макарова А.А., Патонин А.В., Пономарев А.В., Хамидуллин Р.А., Цельмович В.А. Комплексные лабораторные исследования керна в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96. № 2. С. 17–32. doi: 10.21455/std2017.2-2.
  46. Шатунов И.В. Гидравлические свойства разломных зон приповерхностной части земной коры – методы и результаты исследований. Состояние вопроса // Динамические процессы в геосферах. 2023. Т. 15. № 4. С. 25–43. http://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_4_25
  47. Шерман С.И. Сейсмический процесс и прогноз землетрясений: тектонофизическая концепция. Новосибирск: Гео. 2014. 359 с.
  48. Щелкачев В.Н., Лапук Б.Б. Подземная гидравлика. М.–Л.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы. 1949. 525с.
  49. Anders M.H., Wiltschko D.V. Microfracturing, paleostress and the growth of faults // J. Struct. Geol. 1994. V. 16. № 6. P. 795–815.
  50. Ando R., Yamashita T. Effects of mesoscopic-scale fault structure on dynamic earthquake ruptures: dynamic formation of geometrical complexity of earthquake faults // J. Geophys Res. 2007. V. 112. P. B09303. doi: 10.1029/2006JB004612
  51. Ashman I. R., Faulkner D. R. The effect of clay content on the dilatancy and frictional properties of fault gouge // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2023. V. 128. P. e2022JB025878. https://doi/org/ 10.1029/2022JB025878
  52. Behr W.M., Bürgmann R. What’s down there? The structures, materials and environment of deep-seated slow slip and tremor // Phil. Trans. R. Soc. A. 2021. V. 379. P. 20200218. 2020.0218 DOI. org/10.1098/rsta.2020.0218
  53. Bense V.F., Gleeson T., Loveless S.E., Bour O., Scibek J. Fault zone hydrogeology // Earth-Science Reviews. 2013. V. 127. P. 171–192. http://dx.doi.org/10.1016/j.earscirev.2013.09.0
  54. Brantley S.L., Evans B., Hickman S.H., Crerar D.A. Healing of microcracks in quartz: Implications for fluid flow // Geology. 1990. V. 18(2). P. 136–139. https://doi.org/10.1130/0091‐7613(1990)018<0136:HOMIQI>2.3.CO;2
  55. Brixel B., Klepikova M., Jalali M. R., Lei Q., Roques C., Krietsch H., Loew S. Tracking fluid flow in shallow crustal fault zones: 1. Insights from single-hole permeability estimates // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2020a. e2019JB018200. http://dx.doi.org/10.1029/2019jb018200
  56. Brixel B., Klepikova M., Lei Q., Roques C., Jalali M.R., Krietsch H., Loew S. Tracking fluid flow in shallow crustal fault zones: 2. Insights from cross-hole forced flow experiments in damage zones // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2020b. e2019JB019108. http://dx.doi/10.1029/2019jb019108
  57. Brodsky E.E., Prejean S.G. New constraints on mechanisms of remotely triggered seismicity at Long Valley Caldera // Journal of Geophysical Research. 2005. V. 110(B4). P. B04302. https://doi.org/10.1029/2004jb003211
  58. Brodsky E., Roeloffs E., Woodcock D., Gall I., Manga M. A mechanism for sustained ground water pressure changes induced by distant earthquakes // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. Р. 2390–2400.
  59. Caine J.S., Evans J.P., Forster C.B. Fault zone architecture and permeability structure // Geology. 1996. V. 24(11). P. 1025. http://dx.doi.org/10.1130/0091-7613 (1996) 024<1025: fzaaps>2.3.co
  60. Carpenter B.M., Marone C., Saffer D.M. Weakness of the San Andreas Fault revealed by samples from the active fault zone // Nature Geoscience. 2011. V. 4. № 4. P. 251–254. doi: 10.1038/NGEO1089
  61. Chadha R.K., Chandrani S., Shekar M. Transient changes in well-water level in bore wells in Western India due to the 2004 Mw 9.3 Sumatra earthquake // Bull. Seism. Soc. Amer. 2008. V. 98(5). P. 2553–2558. doi: 10.1785/0120080952
  62. Chester F.M., Chester J.S. Ultracataclasite structure and friction processes of the Punchbowl fault, San Andreas system, California // Tectonophysics. 1998. V. 295. P. 199–221.
  63. Chester J.S., Chester F.M. Kronenberg A.K. Fracture surface energy of the Punchbowl fault, San Andreas system // Nature. 2005. V. 437. P. 133–136. doi: 10.1038/nature03942
  64. Chester F.M., Rowe C., Ujiie K., Kirkpatrick J., Regalla C., Remitti F., Moore J.C., Toy V., Wolfson-Schwehr M., Bose S., Kameda J., Mori J.J., Brodsky E.E., Eguchi N., Toczko S. Expedition 343 and 343T Scientists. Structure and Composition of the Plate-Boundary Slip Zone for the 2011 Tohoku-Oki Earthquake // Science. 2013. V. 342. P. 1208–1211.
  65. Cox S.F., Munroe S.M. Breccia formation by particle fluidization in fault zones: Implications for transitory, rupture-controlled fluid flow regimes in hydrothermal systems // American Journal of Science. 2016. V. 316(3). P. 241–278. https://doi.org/10.2475/03.2016.02
  66. Doan M., Brodsky E., Kano Y., Ma K. In situ measurement of the hydraulic diffusivity of the active Chelungpu Fault, Taiwan // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33(16). http://dx.doi.org/10.1029/2006gl026889
  67. Elkhoury J.E., Brodsky E.E., Agnew D.C. Seismic waves increase permeability // Nature. 2006. V. 441(7097). P. 1135–1138. https://doi.org/10.1038/nature04798
  68. Evans J.P., Forster C.B., Goddard J.V. Permeability of fault-related rocks, and implications for hydraulic structure of fault zones // J. Struct. Geol. 1997. V. 19. P. 1393–1404.
  69. Faoro I., Elsworth D., Marone C. Permeability evolution during dynamic stressing of dual permeabilitymedia // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. B01310, doi: 10.1029/2011JB008635
  70. Faulkner D.R., Mitchell T.M., Jensen E., Cembrano J. Scaling of fault damage zones with displacement and the implications for fault growth processes // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2011. V. 116. № 5. P. 1–11. https://doi.org/10.1029/2010JB007788
  71. Faulkner D.R., Sanchez Roa C., Boulton C., den Hartog S.A.M. Pore fluid pressure development in compacting fault gouge in theory, experiments, and nature // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2018. V. 123. N. 1. P. 226–241. https://doi.org/10.1002/2017JB015130
  72. Gao X., Sato K., Horne R.N. General solution for tidal behavior in confined and semiconfined aquifers considering skin and wellbore storage effects // Water Resources Research. 2020. V. 56(6). P. e2020WR027195. https://doi.org/10.1029/2020wr027195
  73. Giwelli A., Piane C.D., Esteban L., Clennell M.B., Dautriat J., Raimon J., Kager S., Kiewiet L. Laboratory observations of fault transmissibility alternation in carbonate rock during direct shearing // Geofluids. 2016. V. 16. P. 658–672. https://doi.org/10.1111/gfl.12183
  74. Goodman R.E. Methods of geological engineering in discontinuous rocks. St.Paul: West Publish.Co. 1976. 472 p.
  75. Grawinkel A., Stockhert B. Hydrostatic pore fluid pressure to 9 km depth-fluid inclusionevidence from KTB deep drill hole // Geophysical Research Letters. 1997. 24. № 24. P. 3273–3276.
  76. Griffith W.A., Rosakis A., Pollard D.D., Ko C.W. Dynamic rupture experiments elucidate tensile crack development during propagating earthquake ruptures // Geology. 2009. V. 37. P. 795–798. doi: 10.1130/G30064A.1
  77. Hauksson E., Andrews J., Plesch A., Shaw J.H., Shelly D.R. The 2015 Fillmore earthquake swarm and possible crustal deformation mechanisms near the bottom of the eastern Ventura basin, California // Seismol Res Lett. 2016. V. 87. P. 807–815.
  78. He G., Shi Z., Rasmussen T.C., Qi Z. Fault zone hydraulic parameter estimation by passive methods using natural forces // Water Resources Research. 2023. V. 59. P. e2022WR033377. https://org/10.1029/2022WR033377
  79. Hirakawa E., Ma S. Dynamic fault weakening and strengthening by gouge compaction and dilatancy in a fluid-saturated fault zone // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2016. V. 121. P. 5988–6008. doi: 10.1002/2015JB012509.
  80. Huenges E., Erzinger J., Kuck J., Engeser B., Kessels W. The permeable crust: Geohydraulic properties down to 9101 m depth // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 18255–18265.
  81. Ishibashi T., Elsworth D., Fang Y., Riviere J., Madara B., Asanuma H., Watanabe N., Marone C. Friction-stability-permeability evolution of a fracture in granite // Water Resources Research. 2018. V. 54. P. 9901–9918. https://doi. org/10.1029/2018WR022598
  82. Janku-Capova L., Sutherland R., Townend J., Doan M.L., Massiot C., Coussens J., Celerier B. Fluid flux in fractured rock of the Alpine fault hanging wall determined from temperature logs in the DFDP‐2B borehole, New Zealand // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2018. V. 19. № 8. P. 2631–2646. https://doi.org/10.1029/2017GC007317
  83. Kameda J., Yamaguchi A., Saito S., Sakuma H., Kawamura K., Kimura G. A new source of water in seismogenic subduction zones // Geophysical Research Letters. 2011. V. 38. № 22. doi: 10.1029/2011gl048883
  84. Kawai K., Sakuma H., Katayama I., Tamura K. Frictional characteristics of single and polycrystalline muscovite and influence of fluid chemistry // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2015. V. 120. № 9. P. 6209–6218. doi: 10.1002/2015JB012286
  85. Kitagawa Y., Kano Y. Changes in permeability of the Nojima fault damage zone inferred from repeated water injection experiments // Earth, Planets and Space. 2016. V. 68. P. 185.
  86. Kocharyan G.G., Ostapchuk A.A., Pavlov D.V. Traces of laboratory earthquake nucleation in the spectrum of ambient noise // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 10764. https://doi.org/10.1038/s41598-018-28976-9
  87. Lapusta N., E. Dunham J.-P. Avouac M. Denolle Y. et al. Modeling Earthquake Source Processes: from Tectonics to Dynamic Rupture. Report to National Science Foundation. http://www.seismolab.caltech.edu/pdf/MESP_White_Paper_Main_Text_8_March_2019.pdf
  88. Laubach S.E., Lander R.H., Criscenti L.J., Anovitz L.M., Urai J.L., Pollyea R.M., Hooker J.N., Narr W., Evans M.A., Kerisit S.N., Olson J.E., Dewers T., Fisher D., Bodnar R., Evans B., Dove P., Bonnell L.M., Marder M.P., Pyrak-Nolte L. The role of chemistry in fracture pattern development and opportunities to advance interpretations of geological materials // Reviews of Geophysics. 2019. V. 57. P. 1065–1111. https://doi.org/10.1029/ 2019RG000671
  89. Leclere H., Faulkner D., Llana-Fúnez S., Bedford J., Wheeler J. Reaction fronts, permeability and fluid pressure development during dehydration reactions // Earth and Planetary Science Letters. 2018. V. 496. P. 227–237. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.05.005
  90. Lockner D.A., Byerlee J.D. Dilatancy in hydraulically isolated faults and the suppression of instability // Geophysical Research Letters. 1994. V. 21(22). P. 2353–2356. https://doi.org/10.1029/94gl02366
  91. Ma Y., Wang G., Yan R., Wang B. Long-term in situ permeability variations of an active fault zone in the interseismic period // Pure and Applied Geophysics. 2019. V. 176(12). P. 5279–5289. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02278-1
  92. Marguin V., Simpson G. Influence of fluids on earthquakes based on numerical modeling // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2023. V. 128. P. e2022JB025132. https://doi. org/10.1029/2022JB025132
  93. Marti S., Stünitz H., Heilbronner R., Plümper O., Drury M. Experimental investigation of the brittle-viscous transition in mafic rocks – Interplay between fracturing, reaction, and viscous deformation // Journal of Structural Geology. 2017. V. 105. P. 62–79.
  94. Matsumoto N., Shigematsu N. In-situ permeability of fault zones estimated by hydraulic tests and continuous groundwater-pressure observations // Earth Planets Space. 2018. V. 70. P. 13 https://doi.org/10.1186/s40623-017-0765-5
  95. Miller S.A., Collettini C., Chiaraluce L., Cocco M., Barchi M., Kaus B.J.P. Aftershocks driven by a high pressure CO2 source at depth // Nature. 2004. V. 427. P. 724–727.
  96. Miller S.A., Nur A. Permeability as a toggle switch in fluid-controlled crustal processes // Earth and Planetary Science Letters. 2000. V. 183(1–2). P. 133–146. https://doi.org/10.1016/s0012-821x(00)00263-6
  97. Mitchell T.M., Faulkner D.R. The nature and origin of off-fault damage surrounding strike-slip fault zones with a wide range of displacements: A field study from the Atacama fault system, northern Chile // Journal of Structural Geology. 2009. V. 31. P. 802–816.
  98. Moon S.W., Kim H.S. Seo Y.S. Relationship between hydraulic conductivity and occurrence of fault rocks in Yangsan fault zone, Korea // Bull Eng Geol Environ. 2022. V. 81. P. 365. https://doi.org/10.1007/s10064-022-02875-w
  99. Moore D.E. Crystallographic controls on the frictional behavior of dry and water-saturated sheet structure minerals // Journal of Geophysical Research Atmospheres. 2004. V. 109. № B3. doi: 10.1029/2003jb002582
  100. Moore D.E., RymerM.J. Talc-bearing serpentinite and the creeping section of the San Andreas fault // Nature. 2007. V. 448. P. 795–797. doi: 10.1038/nature06064
  101. Morrow C.A., Moore D.E., Lockner D.A. Effect of mineral bond strength and adsorbed water on fault gouge frictional strength, Geophys // Res. Lett. 2000. V. 27(6). P. 815–818. doi: 10.1029/1999GL008401
  102. Mu C., Song Y., Hu H. Rupture-induced dynamic pore pressure effect on rupture. Waves in Random and Complex Media. 2023. doi: 10.1080/17455030.2023.2182147
  103. Norris R.J., Cooper A.F. Very high strains recorded in mylonites along the Alpine Fault, New Zealand: implications for the deep structure of plate boundary faults // J. of Structural Geology. 2003. V. 25. P. 2141–2157.
  104. Pampillón P., Santillán D., Mosquera J.C., Cueto-Felgueroso L. The role of pore fluids in supershear earthquake ruptures // Sci Rep. 2023. V. 13. P. 398. https://doi.org/10.1038/s41598-022-27159-x
  105. Parez S., Kozakovic M., Havlica J. Pore pressure drop during dynamic rupture and conditions for dilatancy hardening // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2023. V. 128. P. e2023JB026396. https://doi.org/10.1029/2023JB026396
  106. Pec M., Stünitz H., Heilbronner R., Drury M. Semi-brittle flow of granitoid fault rocks in experiments // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2016. V.121. P. 1677–1705. doi: 10.1002/2015JB012513
  107. Proctor B., Lockner D.A., Kilgore B.D., Mitchell T.M., Beeler N.M. Direct evidence for fluid pressure, dilatancy, and compaction affecting slip in isolated faults // Geophysical Research Letters. 2020. V. 47. P. e2019GL086767. https://doi.org/ 10.1029/2019GL086767
  108. Rempe M., Mitchell T.M., Renner J., Smith S.A.F., Bistacchi A., Toro G.Di. The relationship between microfracture damage and the physical properties of fault-related rocks: The Gole Larghe Fault Zone, Italian Southern Alps // J. Geoph. Res-Sol. Ea. 2018. V. 123. P. 7661–7687.
  109. Renard F., Ortoleva P. Water films at grain-grain contacts: Debye-Hueckel, osmotic model of stress, salinity, and mineralogy dependence // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1997. V. 61. № 10. P. 1963–1970. doi: 10.1016/S0016-7037(97)00036-7
  110. Richard J., Doan M.L., Gratier J.P., Renard F. Microstructures induced in porous limestone by dynamic loading, and fracture healing: an experimental approach // Pure Appl. Geophys. 2015. V. 172. № 5. P. 1269–1290. https://doi.org/10.1007/s00024-014-0958-9
  111. Samuelson J., Elsworth D., Marone C. Shear-induced dilatancy of fluid-saturated faults: Experiment and theory // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. B12404. doi: 10.1029/2008JB006273
  112. Scibek J. Multidisciplinary database of permeability of fault zones and surrounding protolith rocks at world-wide sites // Scientific Data. 2020. V. 7(1). http://dx.doi.org/10.1038/s41597-020-0435-5
  113. Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting 3rd edition. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 2019. 517 p.
  114. Scholz C.H., Sykes L.R., Aggarwal Y.P. Earthquake prediction: A physical basis // Science. 1973. V. 181. P. 803–810.
  115. Schuck B., Schleicher A.M., Janssen C., Toy V.G., Dresen G. Fault zone architecture of a large plate-bounding strike-slip fault: a case study from the Alpine Fault, New Zealand // Solid Earth. 2020. V. 11. P. 95–124. https://doi.org/10.5194/se-11-95-2020
  116. Segall P., Rice J.R. Dilatancy, compaction, and slip instability of a fluid-infiltrated fault // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1995. V. 100(B11). P. 22155–22171. https://doi.org/10.1029/95jb02403
  117. Shapiro S.A., Huenges E., Borm G. Estimating the crust permeability from fluid-injection-induced seismic emission at the KTB site // Geophys J Int. 1997. V. 131. P. F15–F18.
  118. Shi Z., Wang G., Manga M., Wang C.-Y. Mechanism of co-seismic water level change following four great earthquakes – insights from co-seismic responses throughout the Chinese mainland // Earth. Planet. Sci. Let. 2015. V. 430. P. 66–74.
  119. Sibson R.H. Conditions for fault-valve behaviour // Geological Society. London. Special Publications. 1990. V. 54(1). P. 15–28. https://doi.org/10.1144/gsl.sp.1990.054.01.02
  120. Sibson R.H. Implications of fault-valve behaviour for rupture nucleation and recurrence // Tectonophysics. 1992. V. 211(1–4). P. 283–293. https://doi.org/10.1016/0040-1951(92)90065-e
  121. Sibson R.H. Tensile overpressure compartments on low-angle thrust faults // Earth Planets and Space. 2017. V. 69(1). P. 1–15. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0699-y
  122. Simpson G. What do earthquakes reveal about ambient shear stresses in the upper crust? // Geology. 2018. V. 46(8). P. 703–706. https://doi.org/ 10.1130/g45052.1
  123. Smithson S.B., Wenzel F., Ganchin Y.V., Morozov I.B. Seismic results at Kola and KTB deep scientic boreholes: v locities, reactions, fuids, and crustal composition // Tectonophysics. 2000. V. 329. P. 301.
  124. Sutherland R., Townend J., Toy V.G., Upton P., Coussens J. et al. Extreme hydrothermal conditions at an active plate-bounding fault // Nature. 2017. V. 546. P. 137–140.
  125. Sutherland R., Toy V.G., Townend J., Cox S.C., Eccles J.D., Faulkner D.R., Prior D.J., Norris R.J., Mariani E., Boulton C., Carpenter B.M., Menzies C.D., Little T.A., Hasting M., De Pascale G.P., Langridge R.M., Scott H.R., Lindroos Z.R., Fleming B., Kopf A.J. Drilling reveals fluid control on architecture and rupture of the Alpine fault, New Zealand // Geology. 2012. V. 40. № 12. P. 1143–1146.
  126. Tenthorey E., Cox S.F. Todd H.F. Evolution of strength recovery and permeability during fluid-rock reaction in experimental fault zones // Earth Planet. Sci. Lett. 2003. V. 206. P. 161–172.
  127. Teufel L.W. Pore volume changes during frictional sliding of simulated faults. Mechanical behavior of crustal rocks: The Handin volume / N.L. Carter, M. Friedman, J.M. Logan, D.W. Stearns, & G.M. Ser (eds.). American Geophysical Union. 1981. P. 135–145. https://doi.org/10.1029/GM024p0135
  128. Ulusay R. The Orange Book: “The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007–2014”. Springer. 2015.
  129. Ustinov S., Ostapchuk A., Svecherevskiy A., Usachev A., Gridin G., Grigor’eva A., Nafigin I. Prospects of Geoinformatics // Analyzing Spatial Heterogeneities of Microstructural Properties of a Tectonic Fault. Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 2864. https://doi.org/10.3390/app12062864
  130. Verberne B.A., Niemeijer A.R., De Bresser J.H.P., Spiers C.J. Mechanical behavior and microstructure of simulated calcite fault gouge sheared at 20–600°C: Implications for natural faults in limestones // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2015. V. 120. P. 8169–8196. DOI: 10.1002/ 2015JB012292.
  131. Walker R.J., Holdsworth R.E., Imber J., Faulkner D.R., Armitage P.J. Fault zone architecture and fluid flow in interlayered basaltic volcaniclastic-crystalline sequences // J. Struct. Geol. 2013. V. 51. P. 92–104.
  132. Wilson J.E., Chester J.S., Chester F.M. Microfracture analysis of fault growth and wear processes, Punchbowl Fault, San Andreas System, California // J. Struct. Geol. 2003. V. 25. P. 1855–1873.
  133. Liao X., Shi Y., Liu C.‐P., Wang G. Sensitivity of Permeability Changes to Different Earthquakes in a Fault Zone: Possible Evidence of Dependence on the Frequency of Seismic Waves // Geophysical Research Letters. 2021. V. 48. P. 9. doi: 10.1029/2021GL092553
  134. Yamashita T., Tsutsumi A. Involvement of Fluids in Earthquake Ruptures. 2018. http://dx.doi.org/10.1007/978-4-431-56562-8
  135. Yan X., Shi Z., Wang C.-Y., Ingebritsen S.E., Manga M. Violent groundwater eruption triggered by a distant earthquake // Geophysical Research Letters. 2022. V. 49. P. e2022GL101239. https://doi.org/10.1029/2022GL101239
  136. Yang Y., Dunham E.M. Influence of creep compaction and dilatancy on earthquake sequences and slow slip // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2023. V. 128. P. e2022JB025969. https://doi.org/10.1029/2022JB025969
  137. Yao L., Ma S., Di Toro G. Coseismic fault sealing and fluid pressurization during earthquakes // Nat Commun. 2023. V. 14. P. 1136. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36839-9
  138. Yukutake Y., Ito H., Honda R., Harada M., Tanada T., Yoshida A. Fluid-induced swarm earthquake sequence revealed by precisely determined hypocenters and focal mechanisms in the 2009 activity at Hakone volcano // Japan J Geophys Res. 2011b. V. 116. P. B04308. doi: 10.1029/2010JB008036
  139. Zharikov A.V., Vitovtova V.M., Shmonov V.M., Grafchikov A.A. Permeability of the rocks from the Kola superdeep borehole at high temperature and pressure: Implication to fluid dynamics in the continental crust // Tectonophysics. 2003. V. 370. № 1-4. P. 177–191. doi: 10.1016/S0040-1951(03)00185-9

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема проведения измерений на двух разломных зонах в Швейцарских Альпах и примеры полученных результатов (по данным работы [Brixel et al., 2020a]): (а) – вид сверху на участок проведения наблюдений; AU и VE – горизонтальные выработки; скважины INJ1, INJ2 и др., пробуренные из камеры в тоннеле AU, пересекали разломные зоны S1 и S3. Синими отрезками показаны участки нагнетания давления между пакерами; (б) – изменение проницаемости массива в зависимости от расстояния до PSZ разломов S1 и S3.

Скачать (190KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема разлома “Альпина” с предполагаемой циркуляцией флюида. На врезке показано изменение проницаемости (по работе [Sutherland et al., 2012]).

Скачать (224KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость объемной проницаемости ядра разлома (а) и разломной зоны в целом (б) от объемной проницаемости вмещающей породы (по данным работы [Scibek, 2020]).

Скачать (210KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение проницаемости, полученное объемным методом для разломных зон целиком (Fault zone bulk permeability), в зависимости, от их глубины залегания с классификацией по петрографическому составу (по данным работы [Scibek, 2020]).

Скачать (153KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Гистограммы распределения логарифма объемной проницаемости разломных зон для нескольких интервалов глубин: (а) – 0–1000 м (N = 183); (б) – 1000–2500 м (N = 84); (в) – 2500–9065 м (N = 23) (по данным работы [Scibek, 2020]).

Скачать (142KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Пример изменения параметров скольжения в результате обводнения межблокового контакта. Заполнитель смесь кварцевого песка (95%) и гидрослюды (5%): (а) – кривая нагружения межблокового контакта; (б) – изменение относительного смещения блоков от времени. Интервал инжекции воды в зону межблокового контакта отмечен серой областью.

Скачать (225KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты расчета распространения сейсмогенного разрыва по границе между двумя однородными блоками: (а) – пространственное распределение максимальной достигнутой величины интенсивности сдвига S (показана цветом) в момент времени 235 мс для распространения разрыва по границе однородных блоков; (б) – изменение интенсивности сдвига (1) и характеристик массива – проницаемости (2), скорости распространения продольных волн (3), удельной трещиноватости (4) в сечении, перпендикулярном плоскости контакта на расстоянии х = 700 м от точки инициирования разрыва по работе [Будков, Кочарян, 2024].

Скачать (201KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Иллюстрация к схеме “fault–valve” при распространении зоны разрыва вверх от резервуара с избыточным давлением (по работе [Cox, Munroe, 2016]): (а) – положение разрыва во время t₁. Зона разрыва (вертикальная черная линия) полностью находится в зоне низкой проницаемости. Пути жидкости указаны стрелками; (б) – в момент времени t₂ зона разрыва распространилась вверх в область, с высокой проницаемостью (высокое k) и областью давления, близкого к гидростатическому; (в) – изменение давления жидкости с глубиной в зоне разрыва.

Скачать (187KB)
Метаданные
10. Рис. 9. (а) – Средняя пиковая скорость скольжения как функция отношения средней скорости разрыва и скорости поперечной волны (Cₛ); (б) – средняя величина сброса напряжения сдвига как функция отношения средней скорости разрыва к скорости поперечной волны. Цвет значков соответствует шкале в правой части рисунка, которая представляет коэффициент давления поровой жидкости λ (перед началом разрыва), определяемый как отношение давления жидкости к вертикальному напряжению (по работе [Marguin, Simpson, 2023]).

Скачать (155KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость проницаемости трещины от амплитуды сдвига ее бортов: 1 – эксперимент; 2 – расчет (по данным работы [Кочарян и др., 2007]).

Скачать (110KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».