ИСТИНА

В 1966 г. известные американские специалисты в области физики разрушения и моделирования процессов подготовки землетрясений В. Брейс и Дж. Байерли [Brace, Byerlee, 1966] высказали предположение, что причиной землетрясений может быть повторяющаяся неустойчивость скольжения блоков горных пород. С тех пор предметом особого интереса в сейсмологии и геомеханике стали фрикционные явления на контактах в геоматериалах, в частности, при образовании трещин сдвига. Цель настоящей работы – исследовать минеральный состав поверхностных слоев пород после трения и образования трещин сдвига. Были построены установки для: получения временных зависимостей силы трения пластин из горных пород, создания трещин сдвига при сжатии цилиндрических образцов, получения спектров триболюминесценции (ТЛ), исследования динамики ТЛ и оценки локальной температуры в зоне трения. Образцы: рифейский песчаник, гнейс, базальт, гранит, диорит, тоналит и ксенолит. Для исследования минерального состава поверхностей трения и трещин сдвига использовалась инфракрасная, рамановская и фотолюминесцентная спектроскопии. Обнаружено, что трение и образование трещин сдвига приводят к образованию глинистых минералов (каолинита, иллита, монтмориллонита и глауконита), насыщенных водой и имеющих низкий коэффициент трения. Анализ спектров ТЛ показал, что при трении кристаллические решетки минералов разрушаются и образуются электронно-возбужденные свободные радикалы ≡ Si − 0−, −Si − Al+ и = Si2+. Они весьма активны и при взаимодействии с водой и растворенными в ней минералами могут вызывать химические реакции, приводящие к образованию глин. Эти результаты позволяют уточнить ранее предложенный механизм скачкообразности. Трение и сдвиг разрушают кристаллические решетки минералов, что приводит к образованию химически активных радикалов и ловушки, которые при взаимодействии с водой и растворенными в ней минералами инициируют химические реакции, приводящие к образованию глин. Формирование глинистой прослойки в зоне трения, по-видимому, может рассматриваться как фактор, вызывающий переключение из режима плавного роста деформации к ее скачкообразному увеличению. Пока в зоне трения не образуется слой глины, напряжение растет. В момент, когда он покрывает достаточно большую поверхность трения, сила трения резко уменьшается и возникает скачкообразный сдвиг.