Новосибирск.
Novosibirsk.
The study of atypical manifestations of rock inelasticity improves understanding of the physical mechanisms of seismic wave propagation and attenuation in real environments. In the field experiments, the propagation of longitudinal wave at frequency of 240–1000 Hz between two shallow boreholes in low speed zone was investigated. The measurements were performed using a piezoelectric pulse emitter and similar receiver tools positioned in the boreholes. "Stress-time" σ(t) digital responses were recorded by the open channel with microsecond temporal resolution. The unusual short-period variations of amplitude in the form of sharp flattening wave front, stress drop, or plateau of different width (tens of microseconds) were detected in the wave profile. These low-amplitude variations in the waveform were regarded as manifestations of hopping intermittent inelasticity. This inelastic process was assumed to affect the waveform transformation. The contribution of hopping inelasticity depends on the applied stress magnitude, i.e. in this case, the seismic response amplitude. The mechanism of hopping inelasticity at small strains may be explained by microplasticity of rocks. The findings obtained represent a new step in understanding of physics of seismic and acoustic wave propagation in rocks and can be useful for handling of applied problems in geophysics and mining.
Изучение нетипичных проявлений неупругости горных пород расширяет понимание физических механизмов распространения и затухания сейсмических волн в реальных средах. Полевые эксперименты выполнены при распространении продольной волны частотой 240–1000 Гц в пространстве между двумя неглубокими скважинами в зоне малых скоростей (ЗМС). Измерения проводились с помощью пьезоэлектрического импульсного излучателя и аналогичных приемников, размещенных в скважинах. Цифровые записи сигналов в виде «напряжение-время» σ(t) регистрировались открытым каналом с микросекундным разрешением во времени. На профиле волны обнаружены необычные короткопериодные вариации амплитуды в виде резкого уменьшения крутизны фронта, падения напряжения или плато различной длительности (десятки микросекунд). Эти малоамплитудные вариации на форме волны были расценены как проявления скачкообразной прерывистой неупругости. Сделано предположение, что этот неупругий процесс оказывает влияние на трансформацию формы волны. Вклад скачкообразной неупругости зависит от величины прикладываемого напряжения, т.е. в нашем случае от величины амплитуды сейсмического сигнала. Возможный механизм скачкообразной неупругости на малых деформациях может быть объяснен микропластичностью горных пород. Полученные результаты представляют новый шаг в понимании физики распространения сейсмических и акустических волн в горных породах и могут быть полезными для решения прикладных задач в геофизике и горном деле.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.