Исследователи изучают, как зарождаются, распространяются и останавливаются трещины

Ученые из Гарварда в сотрудничестве с международной междисциплинарной командой исследовали, как трещины зарождаются, распространяются и останавливаются. Их результаты, подробно изложенные в статьях в Nature Physics и AGU Advances, углубляют понимание жизненного цикла разломов и могут улучшить наши знания в области материаловедения, сейсмологии и технологий добычи геотермальной энергии, нефти и газа.

Исследование объединило методы материаловедения и геофизики. Используя прозрачный материал, высокоскоростную камеру (100 000 кадров в секунду) и акустические датчики, команда визуализировала динамику трещин, вызванных нагнетанием жидкостей разной вязкости. Было обнаружено, что трещины распространяются не непрерывно, а серией высокоскоростных скачков. Амплитуда и время между этими скачками зависят от вязкости жидкости. Также была создана трехмерная численная модель, количественно воспроизводящая экспериментальные данные.

Вторая часть работы была посвящена механизмам медленных землетрясений (медленных скольжений и тектонических треморов). Эксперименты показали, что гидроразрывы (трещины растяжения) играют ключевую роль в генерации тектонических треморов. Наблюдаемая скачкообразная динамика трещин оказалась сходной с полевыми наблюдениями треморов в регионе Каскадия (США). Это свидетельствует о том, что треморы могут вызываться не только сдвиговыми подвижками, но и гидроразрывами, способствующими переносу флюидов.

«Начиная это исследование, мы изучали разрушение для прикладных задач, но быстро осознали, что в механике и динамике трещин гораздо больше, чем мы изначально думали», — сказал соавтор работ Томас Кочар. «Это первое всестороннее лабораторное исследование того, как флюид регулирует тектонические треморы», — добавил старший автор Дэвид А. Вайц.