RU2050014C1

RU2050014C1 - Method of relief of mechanical stresses in geological medium

Info

Publication number: RU2050014C1
Authority: RU
Inventors: Ю.К. Бивин; И.В. Симонов; С.А. Федотов; О.Б. Хаврошкин
Original assignee: Институт проблем механики РАН
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: geophysics. SUBSTANCE: geophones are positioned in zone of seismic risk. Sites of stresses are found with their aid and subjected to action with solid bodies having mass 100-100 000 kg and elongation 5-20 m penetrating the Earth crust and directed towards epicenter of site of stress with rate of 0.5-15.0 m/s. EFFECT: improved efficiency of method. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной геофизике и может быть использовано в сейсмологии для плавного сброса тектонических напряжений в зоне подготовки землетрясения или в процессе образования купола вулкана. The invention relates to experimental geophysics and can be used in seismology for a smooth discharge of tectonic stresses in the earthquake preparation zone or during the formation of a volcano dome.

Известен способ воздействия на сейсмический процесс, когда сейсмическое волновое поле от первичного сейсмического процесса в очаговой зоне подавляют непосредственно в районе защищаемого объекта или городской застройки. При этом для эффективного гашения сейсмических колебаний в экранах, расположенных в грунте, с соответственно подобранными фазочастотными соотношениями с помощью пондеромоторных сил возбуждают вибрации, взаимодействующие с сейсмическими волнами от землетрясения и тем самым понижающие их разрушительное воздействие [1] Недостатком указанного способа является то, что ни момент начала землетрясения, ни его энергия заранее неизвестны, что ограничивает эффективность защиты и степень управления параметрами сейсмического воздействия. A known method of influencing the seismic process when the seismic wave field from the primary seismic process in the focal zone is suppressed directly in the area of the protected object or urban development. Moreover, to effectively suppress seismic vibrations in screens located in the ground, with appropriately selected phase-frequency relationships using ponderomotive forces, vibrations are excited that interact with seismic waves from an earthquake and thereby reduce their destructive effect [1] The disadvantage of this method is that neither the moment of the earthquake onset, nor its energy is unknown in advance, which limits the effectiveness of the protection and the degree of control of the parameters of seismic effects.

Наиболее близким по геофизической и технической сущности к предлагаемому изобретению является способ защиты района застройки от сейсмического воздействия, основанный на управлении сейсмическим процессом и возникающим при землетрясении волновым полем, путем создания вибрационного поля в районе будущей эпицентральной зоны. Вибровоздействие на криповый процесс, появление дополнительного усталостного механизма разрушения напряженных горных пород делают более определенным момент начала землетрясения, а выделение сейсмической энергии происходит на более длительном интервале времени [2] Недостатком указанного прототипа является то, что применяемые для реализации вибраторы дороги, громоздки, их воздействие на активные разломы недостаточно эффективно, а при управлении сейсмическим процессом при активизации вулкана метод не работоспособен по соображениям безопасности и условиям эксплуатации техники в горной местности. The closest in geophysical and technical nature to the proposed invention is a method of protecting the development area from seismic effects, based on the management of the seismic process and the wave field that occurs during an earthquake, by creating a vibration field in the area of the future epicenter zone. Vibration effects on the creep process, the appearance of an additional fatigue mechanism for the destruction of stressed rocks make the moment of the earthquake more definite, and the release of seismic energy occurs over a longer period of time [2] The disadvantage of this prototype is that the road vibrators used to implement are bulky, their impact active faults are not effective enough, and when controlling a seismic process during volcano activation, the method is not functional for reasons b safety and operating conditions of equipment in the mountains.

Изобретение направлено на повышение эффективности воздействия на сейсмовулканический процесс. The invention is aimed at increasing the effectiveness of the impact on the seismic volcanic process.

Достигается это тем, что в соответствии с заявляемым способом в опасной зоне размещают сейсмоприемники, определяют с их помощью очаги с концентрацией напряжений и осуществляют снятие напряжений путем пенетрации земной коры или купольной части вулканов с помощью твердых тел, сбрасываемых на дневную поверхность очагов напряжений. This is achieved by the fact that in accordance with the claimed method, geophones are placed in the danger zone, they determine the centers with stress concentration and relieve stresses by penetrating the earth's crust or the dome part of volcanoes with the help of solids dumped onto the surface of the centers of stress.

Достигается это также тем, что разгоняют одно или несколько пенетрирующих тел массой от 100 до 100000 кг и удлинением 5-20 до скоростей 0,5-15 м и направляют их по баллистической траектории в места на дневной поверхности, а после внедрения нескольких тел процесс воздействия прекращают и снова по данным сети определяют места максимальных деформаций и направления их перемещений из-за осуществленного воздействия и с учетом новой информации возобновляют пенетрацию следующих тел. Достигается это также тем, что для повышения эффективности воздействия, особенно при расположении очаговых зон на склонах активизирующегося вулкана, над этими зонами устанавливают устройства, излучающие сигналы для автономных систем наведения пенетрирующих тел, направляющие последние точно на источник излучения. При этом, учитывая, что процесс, связанный с активизацией вулкана, сопровождается излиянием лавы, пенетрирующие тела первоначально и с максимальной скоростью направляют на ту часть склона вулканического конуса, которая расположена на противоположной стороне от опасного направления. This is also achieved by the fact that one or several penetrating bodies with a mass of 100 to 100,000 kg and an elongation of 5-20 are accelerated to speeds of 0.5-15 m and they are directed along a ballistic trajectory to places on the day surface, and after the introduction of several bodies, the process of exposure they stop and again, according to the network, determine the places of maximum deformations and the directions of their movements due to the effect and, taking into account new information, resume penetration of the following bodies. This is also achieved by the fact that, in order to increase the impact efficiency, especially when locating focal zones on the slopes of an activated volcano, devices emitting signals for autonomous penetrating body guidance systems directing the latter precisely to the radiation source are installed above these zones. Moreover, given that the process associated with the activation of the volcano is accompanied by an outpouring of lava, penetrating bodies initially and with maximum speed are directed to that part of the slope of the volcanic cone, which is located on the opposite side from the dangerous direction.

Для достижения повышенного результата осуществляют управление направлением и ростом магистральной трещины у ее вершины. Для этого одновременно в виде последовательного ряда внедряют несколько тел и (или) одно составное тело удлиненной плитообразной формы. При этом в случае последовательного внедрения ряда пенетраторов, внедрение каждого последующего осуществляют через временной интервал, равный времени распространения трещины от начала внедрения предыдущего тела до ее предполагаемого останова. Повышение эффективности достигаемого результата обеспечивается нагревом пенетрирующих тел до температуры 1500-2000^оС, а также для увеличения диаметра скважины или размера трещины осуществляют сброс гирлянды зарядов обычного ВВ с пенетратора по мере его заглубления и затем их подрыв в определенной последовательности.To achieve an improved result, the direction and growth of the main crack at its peak are controlled. For this, several bodies and (or) one composite body of an elongated plate-like shape are simultaneously introduced in the form of a sequential row. Moreover, in the case of the successive introduction of a number of penetrators, the introduction of each subsequent one is carried out at a time interval equal to the propagation time of the crack from the beginning of the introduction of the previous body to its expected stop. Increased efficiency achievable result penetrating bodies is provided by heating to a temperature of 1500-2000 ^{° C,} and for larger diameter wells or crack size resets charges garlands with conventional explosives penetrator as it is and then burying them in sequence undermining.

Отличительными признаками заявляемого способа является использование в качестве средства для снятия напряжений пенетрирующих тел, сбрасываемых на дневную поверхность очагов напряжений. Кроме того, отличиями заявленного способа является то, что эти тела направляют со скоростью 0,5-15 м, а сами тела выполняют массой 100-100000 кг и удлинением 5-20 и процесс повторяют неоднократно; что на поверхность лавовой пробки вулкана или над очаговой зоной сбрасывают устройства, излучающие сигналы для систем наведения пенетрирующих тел, и автономные системы наведения на пенетрирующих телах направляют их на эти устройства; что при расположении очаговых зон в районе активизирующегося вулкана пенетрирующие тела первоначально и с максимальной скоростью направляют на ту часть склона, которая на противоположной стороне от опасного напряжения; что, внедряют несколько пенетрирующих тел как последовательный ряд вдоль главной оси перед вершиной распространяющейся магистральной трещины и (или) тело удлиненной плитообразной формы; что внедрение каждого из последовательного ряда пенетраторов осуществляют через временной интервал, равный времени распространения трещины от начала внедрения предыдущего тела до ее предполагаемого останова; что внедряемое плитообразное тело выполняют из скрепленных в обойму пенетрирующих тел, количество которых изменяют в процессе регулирования сейсмическим процессом, при этом в центре набора устанавливают пенетрирующее тело плитообразной формы и наибольших размеров, а симметрично относительно центра тела цилиндрической формы; что пенетрирующие тела непосредственно перед внедрением нагревают до температур 1500-2000^оС; что осуществляют сброс гирлянды зарядов обычного ВВ с пенетратора по мере его заглубления и затем их подрыв в определенной последовательности.Distinctive features of the proposed method is the use as a means to relieve stresses of penetrating bodies discharged onto the surface of the source of stress. In addition, the differences of the claimed method is that these bodies are guided at a speed of 0.5-15 m, and the bodies themselves are carried out with a mass of 100-100000 kg and an extension of 5-20 and the process is repeated several times; that devices emitting signals for penetrating body guidance systems are dropped onto the surface of the lava plug of the volcano or above the focal zone, and autonomous guidance systems on penetrating bodies direct them to these devices; that when the focal zones are located in the region of an activated volcano, penetrating bodies are initially and with maximum speed directed to that part of the slope that is on the opposite side from dangerous stress; that, several penetrating bodies are introduced as a consecutive row along the main axis in front of the top of the propagating main crack and (or) an elongated plate-shaped body; that the introduction of each of a sequential series of penetrators is carried out at a time interval equal to the propagation time of the crack from the beginning of the introduction of the previous body to its expected stop; that the implanted plate-shaped body is made of penetrating bodies fastened into a cage, the number of which is changed during the seismic process control, while the penetrating body of the plate-like shape and the largest size is installed in the center of the set, and it is symmetrical about the center of the body of a cylindrical shape; that penetrating bodies are heated immediately before implementation to temperatures of 1500-2000 ^о С; that they discharge the garland of charges of conventional explosives from the penetrator as it deepens and then undermine them in a certain sequence.

На фиг.1 дана схема размещения пенетраторов с сейсмоприемниками и телеметрией и устройства для наведения в эпицентральной области; на фиг.2 схема разгона и пенетрации тел; на фиг.3 случай пенетрации на склоне активного вулкана; на фиг.4 схема стимулирования роста магистральной трещины или активизированного разлома в их вершинной части; на фиг.5 схема пенетрации растущего вулканического купола подводного вулкана с организацией канала прохождения тела через слой воды; на фиг.6 схема направленной линейчатой пенетрации подводного магматического очага с организацией парогазовых каналов прохождения тел через слой воды. Figure 1 shows the layout of penetrators with geophones and telemetry and a device for guidance in the epicenter region; figure 2 diagram of the acceleration and penetration of bodies; figure 3 case of penetration on the slope of an active volcano; Fig. 4 is a diagram for stimulating the growth of a main crack or an activated fault in their apical part; figure 5 diagram of the penetration of the growing volcanic dome of an underwater volcano with the organization of the channel for the passage of the body through a layer of water; Fig.6 diagram of the directional line penetration of the underwater magma chamber with the organization of gas-vapor channels for the passage of bodies through a layer of water.

На схеме фиг.1 представлены: 1 часть сейсмоактивной зоны с предполагаемым очагом землетрясения; 2 кратер вулкана или активное вулканическое поднятие; 3 активные разломы или магистральные трещины; 4 участки, пятна с максимальными напряжениями, выявленные геофизическими методами; 5 пенетраторы с сейсмоприемниками и телеметрической связью; 6 район застройки; 7 пятно с максимальной концентрацией напряжений на безопасном для застройки 6 склоне вулкана; 8 маяки для автономных систем наведения пенетрирующих тел. На схеме фиг.2-9 магматический очаг; 10 пенетраторы, разгоняемые ракетами или направляемые с околоземных орбит; 11 пенетратор, разгоняемый самолетом 12 в режиме пикирования; 13 тело, разгоняемое ракетным ускорителем 14. На фиг.3-15 пластическая зона горных пород, граничащая с магматическим очагом 9; 16 свободная поверхность разлома или магистральной трещины на склоне вулкана 2; 17 лавовый поток, изливающийся через пенетрационные следы 18, 19 в трещину 16, образованные линейным набором проникающих тел 20 и центральным плитообразным телом 21 соответственно; 22 одиночное тело, остановившееся в пластической зоне 15. На фиг.4 16', 16 различные стадии подрастания свободной поверхности магистральной трещины; 23, 23', 23 различные положения вершины распространяющейся трещины; 24 каверны от цилиндрических тел; 25 щелевой след от пенетрации линейным набором тел. На фиг.5 26 слой воды, закрывающий растущий купол магматического очага 9; 27 парогазовый генератор; на фиг.6 28 парогазовый столб, образованный последовательным во времени подрывом гирлянды зарядов объемно-фугасного взрывчатого вещества 29; 30 приемная воронка столба 28, протяженностью от дневной поверхности до пятна максимальной концентрации напряжений на стенке вулканического очага 7. The diagram of figure 1 presents: 1 part of the seismically active zone with the proposed source of the earthquake; 2 volcano crater or active volcanic uplift; 3 active faults or main cracks; 4 sites, spots with maximum stresses detected by geophysical methods; 5 penetrators with geophones and telemetry; 6 building area; 7 spot with a maximum concentration of stresses on the 6 safe slope of the volcano; 8 beacons for autonomous penetrating body guidance systems. In the diagram of figure 2-9, the magma chamber; 10 penetrators accelerated by rockets or sent from near-Earth orbits; 11 penetrator, accelerated by aircraft 12 in the dive mode; 13 a body accelerated by a rocket accelerator 14. In Fig.3-15, the plastic zone of the rocks, bordering the magma chamber 9; 16 free surface of a fault or main crack on the slope of volcano 2; 17 lava flow, pouring through the penetration traces 18, 19 into the crack 16, formed by a linear set of penetrating bodies 20 and a central plate-like body 21, respectively; 22 a single body, stopped in the plastic zone 15. In Fig.4 16 ', 16 various stages of growth of the free surface of the main crack; 23, 23 ', 23 different positions of the tip of the propagating crack; 24 caverns from cylindrical bodies; 25 slotted trace from penetration by a linear set of bodies. In Fig.5 26 a layer of water covering the growing dome of the magma chamber 9; 27 combined-cycle generator; in Fig.6 28 steam-gas column formed by sequentially undermining the garland of charges of a high explosive explosive substance 29; 30 receiving funnel of the column 28, with a length from the day surface to the spot of maximum stress concentration on the wall of the volcanic source 7.

Основой предлагаемого способа является глубокое проникание на ≈10²-10⁴ калибров удлиненных массивных тел (пенетраторов) в зависимости от прочности грунта, скорости разгона и массы тела. Это реально осуществимо современными методами доставки к месту назначения и разгона до скоростей <15 м ракетами или пикирующими реактивными самолетами бомбардировщиками и обосновано теоретически и экспериментально при поиске оптимальных форм и выбора материала пенетратора. Верхние оценки скоростей (м) и масс (<10⁵ кг) выбраны, исходя из реальных возможностей современной техники, и, естественно, могут быть повышены при росте ее возможностей.The basis of the proposed method is the deep penetration of ≈10 ² -10 ⁴ calibers of elongated massive bodies (penetrators), depending on the strength of the soil, acceleration speed and body weight. This is feasible by modern methods of delivery to the destination and acceleration to speeds <15 m by rockets or diving jet planes by bombers and is justified theoretically and experimentally in the search for optimal shapes and choice of penetrator material. The upper estimates of speeds (m) and masses (<10 ⁵ kg) are selected based on the real capabilities of modern technology, and, of course, can be increased with an increase in its capabilities.

Теоретическое обоснование возможности достижения глубин в несколько сот метров в горные породы вытекает из формулы для относительной глубины проникания:
H

ln

1 +

ln(.)
(1) где m,S,l масса, мидель и длина тела;
Сх,b и τ- коэффициенты гидродинамического и статического сопротивления и предел текучести;
ρ_c- плотность среды. Возможно обеспечить k=40, С_х≥0,4, а b ≈20 из экспериментов. Для горных пород характерна плотность ρ_c≈2,5.The theoretical justification for the possibility of reaching depths of several hundred meters into the rocks follows from the formula for the relative penetration depth:

H

ln

1 +

ln (.)
(1) where m, S, l are the mass, midsection and body length;
Cx, b and τ are the coefficients of hydrodynamic and static resistance and yield strength;
ρ _c is the density of the medium. It is possible to provide k = 40, C _x ≥0.4, and b ≈20 from experiments. Rocks are characterized by a density ρ _c ≈ 2.5.

Ниже указаны относительные величины глубин проникания в зависимости от динамического предела текучести породы τ (кГ/см) и скорости v (км/с):
Показатели Слабые Средние Высокопрочные
τ 30 100 500
v 1 1,5 2 3 1 2 2,5 3 1 2 3 4
Оценка
сверху Н 224 300 350 433 125 239 281 335 40 110 170 200
Реальные
значения Н 112 150 175 216 63 120 140 167 20 55 85 110
В нижней строке указаны значения в два раза меньшие, чем оценочные значения сверху Н в третьей строке. Пересчет известных экспериментальных данных проникания стального шарика в пемзу со скоростью 3 км/с и в песчаник со скоростью 1 км/с к безразмерному виду (1) подтверждает теоретические реальные оценки Н.The following are the relative values of the penetration depths depending on the dynamic yield stress of the rock τ (kg / cm) and speed v (km / s):
Indicators Weak Medium High Strength
τ 30 100 500
v 1 1,5 2 3 1 2 2,5 3 1 2 3 4
Rating
from above H 224 300 350 433 125 239 281 335 40 110 170 200
Real
values of H 112 150 175 216 63 120 140 167 20 55 85 110
The bottom line shows values half as large as the estimated values on top of H in the third row. The recalculation of the known experimental data on the penetration of a steel ball into pumice at a speed of 3 km / s and into sandstone at a speed of 1 km / s to dimensionless form (1) confirms the theoretical real estimates of N.

Из формулы следует, что тела малой массы (<100кг) и/или разогнанные до малых скоростей (м<0,5) проникают неглубоко и не обеспечивают достижения поставленных целей. It follows from the formula that bodies of small mass (<100 kg) and / or dispersed to low speeds (m <0.5) penetrate shallowly and do not ensure the achievement of goals.

Помимо глубинного проникания пенетрирующих тел для успешной реализации предлагаемого способа необходимо быстрое определение локальных зон горных пород, находящихся в состоянии предразрушения или крипа (места зацепления бортов разлома, вершины развивающихся магистральных трещин, распространяющаяся по трещинам магма. Как известно, указанные процессы сопровождаются высокочастотными сейсмоакустическими колебаниями. Локация источников таких колебаний с применением вычислительных методов не представляет больших сложностей, но требует оперативной сейсмической информации. К настоящему времени разработаны портативные автономные сейсмические станции, оборудованные телеметрией и помещенные в специальные прочные корпуса стреловидной формы (сейсмические пенетраторы). Такие пенетраторы выдерживают значительные перегрузки (≥100 g) и предназначены для исследования сейсмических полей в труднодоступных регионах или других планет, на поверхность которых они сбрасываются с большой скоростью. При ударе о дневную поверхность головная часть пенетратора с сейсмоприемником заглубляется на несколько метров, а хвостовая с блоком телеметрии остается на поверхности и передает информацию о сейсмических сигналах. In addition to the deep penetration of penetrating bodies for the successful implementation of the proposed method, it is necessary to quickly determine the local zones of rocks that are in a pre-fracture or creep state (places of engagement of the fault sides, tops of developing main cracks propagating along the magma cracks. It is known that these processes are accompanied by high-frequency seismoacoustic vibrations. Locating the sources of such oscillations using computational methods is not very difficult, but requires tons of operational seismic information. To date, portable autonomous seismic stations have been developed, equipped with telemetry and placed in special durable arrow-shaped bodies (seismic penetrators). Such penetrators withstand significant overloads (≥100 g) and are designed to study seismic fields in hard-to-reach regions or other planets, on the surface of which they are discharged at high speed.When hitting the surface, the head of the penetrator with a geophysic receiver ublyaetsya a few meters, and the tail with the telemetry unit remains on the surface and transmits information about the seismic signals.

Глубинное проникание разгоняемых до скоростей ≈М≅15 пенетрирующих тел в случае их вхождения в область зацепления или крипа бортов разлома, или в вершину подрастающей магистральной трещины активизирует процесс разрушения, то есть послужит наиболее мощным триггерным воздействием. Как известно, даже более слабые воздействия от сейсморазведочных вибраторов, удаленных взрывов или работающих агрегатов крупной ГЭС (например, Нурекской) воздействуют на местную сейсмичность, то есть управляют сейсмическими событиями во времени, а следовательно влияют и на их мощность. Поскольку многие землетрясения происходят в результате хрупкого трещинообразования или разрушения залеченных плоскостей разрыва, то дополнительные разрушения или стимулирование роста хрупких трещин спровоцирует начало землетрясения. Так как перед землетрясением подвижку бортов разлома сдерживают зацепленные поверхности контакта, составляющие ≈10% от общей площади, то наиболее эффективное воздействие и его масштаб определяется именно этой контактной поверхностью. Для местного землетрясения такая поверхность составит ≈10⁶ см². Если в эту зону зацепления обеспечить проникание 10 тел, диаметром 10 см каждое, на глубину ≈500 м, что даже без образования новых или подрастания имеющейся магистральной трещины будет создана новая поверхность ≈10³ м². Зона затухания упругих деформаций обычно на порядок превышает зону пластических, поэтому реальные разрушения произойдут по поверхности ≈10⁴ м², что составит 10^-2 от общей критической величины. Поскольку, даже приливные деформации, составляющие ≈10^-7 часто выступают как триггер сейсмического процесса, то вероятность сброса напряжений после множественной пенетрации высока.The deep penetration of penetrating bodies accelerated to speeds of ≈M≅15 if they enter the engagement area or creep of the fault sides, or at the top of a growing main crack, activates the fracture process, i.e., it will serve as the most powerful trigger action. As you know, even weaker impacts from seismic exploration vibrators, remote explosions or operating units of a large hydroelectric power station (for example, Nurek) affect local seismicity, that is, they control seismic events in time, and therefore affect their power. Since many earthquakes occur as a result of brittle crack formation or the destruction of healed fracture planes, additional destruction or stimulation of the growth of brittle cracks will provoke the onset of an earthquake. Since before the earthquake, the movement of the fault sides is restrained by the engaged contact surfaces, which are ≈10% of the total area, the most effective impact and its scale is determined by this contact surface. For a local earthquake, such a surface will be ≈10 ⁶ cm ² . If 10 bodies with a diameter of 10 cm each penetrate into this engagement zone to a depth of ≈500 m, which even without the formation of new or growth of an existing main crack will create a new surface ≈10 ³ m ² . The decay zone of elastic strains is usually an order of magnitude greater than the zone of plastic, so real damage will occur over a surface of ≈10 ⁴ m ² , which will be 10 ^-2 of the total critical value. Since even tidal deformations of ≈10 ^-7 often act as a trigger of the seismic process, the probability of stress relief after multiple penetration is high.

При вулканическом землетрясении область напряженного состояния еще более локализована и близка к дневной поверхности, а уровень напряжений незначительно отличается от критического, что делает предлагаемый способ более предпочтительным. Один из наиболее распространенных механизмов вулканической сейсмичности связан с образованием и стремительным ростом магистральных трещин над очагом с магмой, следовательно перед их возникновением в среде, например, вулканического конуса существуют растягивающие предразрушающие тангенциальные напряжения. В этом случае пенетрация среды пластинообразным телом, ориентированным большей поверхностью в меридиальном направлении, наиболее эффективно инициирует возникновение трещины разрыва. Направление и подрастание такой трещины управляемы дополнительной пенетрацией цилиндрическими телами, направляемыми в вершину трещины, как место максимальных концентраций напряжений. In a volcanic earthquake, the stress state region is even more localized and close to the day surface, and the stress level slightly differs from the critical one, which makes the proposed method more preferable. One of the most common mechanisms of volcanic seismicity is associated with the formation and rapid growth of main cracks above the magma source, therefore, before their occurrence in the medium, for example, a volcanic cone, tensile pre-destructive tangential stresses exist. In this case, the penetration of the medium by a plate-like body oriented with a larger surface in the meridian direction most effectively initiates the occurrence of a fracture crack. The direction and growth of such a crack are controlled by additional penetration by cylindrical bodies directed to the top of the crack, as the place of maximum stress concentration.

При артезианоподобном извержении вулкана, когда быстро поднимается купол из горных пород под действием вертикального магматического потока, причем в верхней его части обычно скапливаются газы под избыточным давлением до 500 атм, эффективна пенетрация цилиндрическим телом, внедряемым вертикально в вершину купола. Помимо общих соображений об увеличении глубин проникания в напряженную (растянутую) среду, а тем самым и о более эффективном воздействии на энергетическое состояние последней, для выяснения общих черт процесса был поставлен специальный эксперимент. In an artesian-like volcanic eruption, when a dome rises quickly from rocks under the influence of a vertical magmatic flow, with gases usually accumulating in its upper part under an overpressure of up to 500 atm, penetration by a cylindrical body, which is introduced vertically to the top of the dome, is effective. In addition to general considerations on increasing penetration depths in a stressed (stretched) medium, and thereby on a more effective effect on the energy state of the latter, a special experiment was set up to elucidate the general features of the process.

Работа проводилась с целью определения влияния напряженного состояния среды на глубину проникания в нее твердого недеформируемого тела при прямом входе. В качестве модели грунтовой среды использовался пластилин при температуре 25^оС. Как ранее было установлено при этой температуре в условиях динамического проникания его механические характеристики соответствуют упругопластической среде с константой пластичности τ_s=2 кг/см². Такой же константой примерно обладают глины твердой консистенции. В качестве проникающего тела использовался стальной шарик. При этом на глубину проникания оказывают влияние лишь начальная скорость соударения шарика со средой V_о и ее механические параметры. Шарик калибром 10 мм (вес 4 г) разгонялся в пневмопушке. Скорость вылета его из ствола определялась путем регистрации промежутка времени пролета шариком мимо двух фотодиодов, установленных по траектории его движения на расстоянии 100 мм друг от друга. Общая точность регистрации времени и расстояния позволяла определять скорость с точность ≈2% Глубина проникания шарика определялась как расстояние от поверхности пластилина до передней точки шарика.The work was carried out in order to determine the influence of the stress state of the medium on the penetration depth of a solid non-deformable body into it with direct entry. As a soil environment model used clay at a temperature of 25 ° ^C. As previously set at this temperature under conditions of dynamic permeation its mechanical characteristics correspond elastoplastic medium with constant ductility τ _s = 2 kg / cm ^2. Clays of solid consistency have approximately the same constant. A steel ball was used as a penetrating body. Moreover, only the initial velocity of the collision of the ball with the medium V _о and its mechanical parameters affect the penetration depth. A ball of 10 mm caliber (weight 4 g) was accelerated in an air gun. The speed of its departure from the trunk was determined by recording the time span of a ball passing by two photodiodes mounted along its path at a distance of 100 mm from each other. The overall accuracy of recording time and distance made it possible to determine the speed with an accuracy of ≈2%. The penetration depth of the ball was determined as the distance from the surface of the plasticine to the front point of the ball.

Программа эксперимента состояла в следующем:
на скорости v_о=240 м/с были проведены выстрелы по пластилину выдержанному при t=25^оС в течение 4 ч. Это дало глубину проникания базовую в свободный от напряжений пластилин;
пластилин выдерживался при t=25^оС столько же времени, а затем на прессе он обжимался на 20% вдоль одного направления перпендикулярного оси стрельбы, после чего он снимался с пресса и по нему производился выстрел со скоростью 240 м/с. В этом случае реализовались условия, когда в среде существовали остаточные напряжения как сжатия, так и растяжения. Глубина проникания оказалась в среднем на 6% больше, чем в свободный от напряжений пластилин;
пластилин подготавливался так же, как в первом случае, но перед самым выстрелом он сжимался по одному направлению перпендикулярному оси стрельбы напряжением 0,7 кг/см². При скорости 240 м/с глубина проникания оказалась в среднем на 10% меньше, чем в свободный пластилин.The experiment program was as follows:
at a speed _of v = 240 m / s were carried out on shots plasticine withstand at t = 25 ^{° C} for 4 h This gave the depth of penetration into the base voltages free from clay.;
plasticine was kept at t = 25 ° ^C as much time, and then it is crimped on the press by 20% along a direction perpendicular to the axis of the firing, whereupon it was removed from the press and it is fired at a rate of 240 m / s. In this case, conditions were realized when residual stresses of both compression and tension existed in the medium. The penetration depth was on average 6% greater than in stress-free plasticine;
plasticine was prepared in the same way as in the first case, but just before the shot it was compressed in one direction perpendicular to the axis of fire with a voltage of 0.7 kg / cm ² . At a speed of 240 m / s, the penetration depth was on average 10% less than in free plasticine.

Вывод. Напряжения сжатия в среде приводят к уменьшению глубины проникания, напряжения растяжения к увеличению. Отметим также, что этот достоверно установленный экспериментальный факт для кристаллических структур должен проявляться значительно контрастнее, чем у пластических. Способ имеет как физическое и геофизическое обоснование, так и механическое. Существует широкий набор технических устройств, изделий и машин, создающих предпосылки для внедрения предлагаемого способа. Разработаны процессы по получению стержней и других более сложных деталей из ковкого вольфрама и молибденовых сплавов, обеспечивающих прочность ≈500 кг/мм² и работоспособных до температур ≈2000^оС, что гарантирует прохождение пенетрирующих тел в прочных горных породах. Для получения сейсмической информации сконструированы и испытаны специальные пенетраторы с сейсмоприемниками [8]
Разгон тел до скоростей 0,8-7,0 м возможен многими штатными системами: двигателями от стратегических, оперативно-тактических и других типов ракет: современными самолетами истребительной, штурмовой и бомбардировочной авиации; ствольной артиллерией и специальными системами (например, электромагнитной пушкой). Известно много типов радио, оптических и т.д. маяков для обозначения целей и не меньшее количество систем наведения на эти маяки в автономном режиме самонаведения и по командам (блоки из объектов ПВО, ПРО, снарядов земля-воздух, воздух-земля и т. д. ). Такие системы гарантируют точность попадания (десятки сантиметров, метры), надежны в работе и серийно выпускаются. Нагрев пенетратора возможен непосредственно перед сбросом с помощью мощной индукционной катушки или поджигом внешней оболочки, выполненной из термита; также произойдет сильный разогрев тела при движении со скоростями 3 м из-за трения боковой поверхности тела о породу. Это существенно снижает величину сопротивления трению. Для увеличения размеров скважин и трещин и при организации парогазового столба для прохождения тела сквозь слой воды помимо указанной техники приемо-передачи и наведения на цель также используют штатные типы взрывчатых веществ и твердые ракетные топлива.Output. Compression stresses in the medium lead to a decrease in penetration depth, tensile stresses to increase. We also note that this reliably established experimental fact for crystalline structures should manifest itself much more sharply than in plastic ones. The method has both physical and geophysical justification, and mechanical. There is a wide range of technical devices, products and machines that create the prerequisites for the implementation of the proposed method. Processes have been developed to produce rods and other more complex parts from malleable tungsten and molybdenum alloys, providing strength of ≈500 kg / mm ² and operable to temperatures of ≈2000 ^о С, which ensures penetration of penetrating bodies in strong rocks. To obtain seismic information, special penetrators with geophones were designed and tested [8]
Acceleration of bodies to speeds of 0.8-7.0 m is possible by many standard systems: engines from strategic, operational tactical and other types of missiles: modern fighter, attack and bomber aircraft; barrel artillery and special systems (for example, an electromagnetic gun). Many types of radio, optical, etc. are known. beacons for designation of targets and not less number of guidance systems for these beacons in autonomous homing and on commands (blocks from air defense, missile defense, ground-to-air, air-to-ground shells, etc.). Such systems guarantee hit accuracy (tens of centimeters, meters), reliable in operation and are commercially available. The penetrator can be heated immediately prior to discharge using a powerful induction coil or by igniting an outer shell made of termite; strong heating of the body will also occur when moving at speeds of 3 m due to friction of the side surface of the body against the rock. This significantly reduces the amount of friction resistance. To increase the size of boreholes and cracks and to organize a gas-vapor column for the body to pass through a layer of water, in addition to the indicated transmission and targeting techniques, standard types of explosives and solid rocket fuels are also used.

Реализация способа заключается в следующем. По ряду прогностических признаков роста сейсмического риска в контролируемой зоне (фиг.1) на дневную поверхность 1 в районе вулкана 2 и активных разломов 3 сбрасывают пенетраторы с сейсмоприемниками и телеметрической связью 5 и, используя сейсмоэмиссионную информацию с созданной таким образом высокочастотной сети, определяют участки, пятна на дневной поверхности 4, расположенные над очагами геологических структур с максимальным напряжением. Над наиболее опасными очагами устанавливают маяки и(или) приемно-передающие системы 8, по сигналам от которых управляемые пенетраторы направляются на наиболее опасные пятна 4. Для активизирующегося вулкана 2 пятна для пенетрации 7(4) выбирают с противоположной стороны от городской застройки 6. Затем, располагая информацией о геологическом разрезе пятен 4 и мощности пород над магматическим очагом 9 (фиг. 2) и в соответствии с параметрами пенетрирующих тел 10, 11, 13 (масса, удлинение, прочность и плотность среды) разгоняют их в атмосфере до рассчитанных скоростей и направляют на пятна 7, 4, отмеченные маяками 8. При этом при пенетрации сейсмовулканических очагов, где пенетрация наиболее просто осуществима, а положительный эффект максимален, используют для разгона пенетрирующих тел 10 первую и вторую ступени стратегических ракет. Множественное пенетрирование ведут с использованием других ракетных двигателей-ускорителей 14 или самолетов боевой авиации 12, разгоняющих тела в режиме пикирования. Маяки, излучающие оптические, инфракрасные радиосигналы, определяют направление и место удара для систем наведения, установленных на пенетрирующих телах 10, 11, 13. The implementation of the method is as follows. Based on a number of prognostic signs of the increase in seismic risk in the controlled area (Fig. 1), penetrators with seismic receivers and telemetry connection 5 are dropped onto the day surface 1 in the area of volcano 2 and active faults 3 and, using seismic emission information from the high-frequency network created in this way, the sections are determined spots on the surface 4, located above the foci of geological structures with maximum stress. Beacons and (or) receiving and transmitting systems 8 are installed above the most dangerous foci, according to the signals from which the controlled penetrators are directed to the most dangerous spots 4. For an activated volcano, 2 spots for penetration 7 (4) are chosen from the opposite side of the urban building 6. Then Having information about the geological section of spots 4 and the thickness of the rocks above the magma chamber 9 (Fig. 2) and, in accordance with the parameters of the penetrating bodies 10, 11, 13 (mass, elongation, strength and density of the medium), disperse them in the atmosphere until GOVERNMENTAL velocities and is directed at spot 7, 4, marked with beacons 8. Thus at penetration seysmovulkanicheskih foci where penetration most simply realizable, and the positive effect is maximal, is used to disperse the penetrating bodies 10, the first and second stage strategic missiles. Multiple penetration is carried out using other rocket accelerator engines 14 or combat aircraft 12, dispersing bodies in a dive mode. Beacons emitting optical, infrared radio signals determine the direction and place of impact for guidance systems mounted on penetrating bodies 10, 11, 13.

Воздействие на процесс вулканического извержения эффективно, как правило, только в том случае, если помимо сброса напряжений произойдет пенетрация магматического очага, сопровождаемая падением давления вулканических газов под лавовой пробкой и излиянием лавового потока (фиг.3), что предупредит эксклюзивное извержение, а по существу гигантский взрыв. Только одной высокой скорости разгона тела в этом случае для прохождения трассы: поверхность пятна 7, кристаллические горные породы 16, пластический вязкий слой 15 перед магмой 9, может быть недостаточно, поэтому процесс пенетрации будет носить более сложный характер. Из пенетрирующих тел цилиндрической формы 20 составляют сложное плоское тело, в центре которого закрепляют плитообразное тело 21. Внедрение такой сложной системы в склон вулкана так, что плоскость набора элементов пенетратора 20, 21 пересекала по нормали поле максимальных растягивающих напряжений (обычно тангенциальных, по отношению к плоскости вулкана) обеспечивает формирование новой магистральной трещины, служащей продолжением следа от внедрения 18. В вязкой части склона 15 благоприятные условия движения пластины в трещине блокируются, поэтому отдельные тела 22 и элементы цилиндрического набора тел 20 затормаживаются, а центральное тело 21, наиболее массивное в этот момент освобождается и завершает пенетрацию до магматического очага 9. Через образовавшийся канал 19 начинает сброс газовой фазы и истечение лавового потока 17. Процесс усиления роста или вновь образования магистральной трещины 3,16 (фиг.4) на склоне вулкана вплоть до достижения магматического очага 9 (фиг.3) ведут последовательно путем пенетрации во времени вершину 23 подрастающей трещины (фиг.4). Даже ориентировочные знания о типе горных пород и напряжения в вулканическом куполе определяют довольно узкий диапазон значений скорости распространения вершины 23 трещины 3, 16. По этой скорости определяют последовательно во времени моменты прохождения вершины по поверхности склона и в соответствии с этим через определенные временные интервалы во вновь образовавшиеся вершины 23 23 направляют пенетрирующие тела 24, 25 до момента достижения магматического очага. The impact on the process of volcanic eruption is effective, as a rule, only if, in addition to stress relief, a magma chamber penetrates, accompanied by a decrease in the pressure of volcanic gases under the lava plug and the outflow of the lava flow (Fig. 3), which will prevent an exclusive eruption, but essentially giant explosion. Only one high speed of body acceleration in this case for traversing the path: spot surface 7, crystalline rocks 16, plastic viscous layer 15 in front of magma 9, may not be enough, so the penetration process will be more complex. Of the penetrating bodies of cylindrical shape 20, a complex flat body is formed, in the center of which a slab-shaped body 21 is fixed. The introduction of such a complex system into the slope of the volcano so that the plane of the set of penetrator elements 20, 21 intersects the normal field of maximum tensile stresses (usually tangential with respect to plane of the volcano) provides the formation of a new main crack, which serves as a continuation of the trace from the introduction of 18. In the viscous part of slope 15, favorable conditions for the movement of the plate in the crack are blocked individual bodies 22 and elements of a cylindrical set of bodies 20 are inhibited, and the central body 21, the most massive at this moment, is released and completes the penetration to the magma chamber 9. Through the formed channel 19, the gas phase begins to discharge and the lava flow 17 expires. The process of growth growth or again the formation of the main crack 3.16 (Fig. 4) on the slope of the volcano up to reaching magma chamber 9 (Fig. 3) lead sequentially by penetrating in time the apex 23 of the growing crack (Fig. 4). Even approximate knowledge of the type of rocks and stress in the volcanic dome determine a rather narrow range of the propagation velocity of the peak 23 of the crack 3, 16. By this speed, the moments of passage of the peak along the slope surface are determined sequentially in time and, accordingly, at certain time intervals the formed peaks 23 23 direct penetrating bodies 24, 25 until reaching the magma chamber.

Исключительную опасность представляют взрывные извержения подводных вулканов или со значительной подводной частью (фиг.5,6). Пенетрация в этом случае затруднена из-за значительного слоя воды (сотни метров), покрывающего конус. Поэтому для обеспечения почти свободно прохождения пенетрирующего тела 10 через слой воды 26 (фиг.5) над пятном с максимальной концентрацией напряжений на куполе вулкана 7 на якоре закрепляют маяк 8 с приемо-передающей системой и акустическим командным блоком у якоря и устанавливают газогенератор, работающий, например, на твердом ракетном топливе 27 и с запуском от командного акустического блока и сигналу от системы маяка 8. При подлете тела 10 к маяку 8 подают команду на включение газогенератора 27. Истекающие из генератора 27 газы высокого давления образуют над генератором и купольной частью очага 9 парогазовый столб 28. В момент выхода столба 28 к поверхности воды 26 подлетает пенетрирующее тело 10 и в течение времени существования столба, определяемого работой генератора, проходит практически в условиях приближенных к атмосферным слои воды 26. В момент начала пенетрации кровли очага 7 работа генератора 27 прекращается. В случае создания и поддержания роста подводной магистральной трещины, вскрывающей подводный магматический очаг 9 (фиг.6) по механизму, изложенному ранее (фиг.4) также проводят последовательную пенетрацию. Вдоль трассы хода предполагаемой магистральной трещины на якорях на дне закрепляют гирлянды 29 из небольших зарядов взрывчатого вещества фугасного типа или пороховых шашек, подрыв или воспламенение которых осуществляют по команде с маяков 8 (фиг.6). В соответствии с временной последовательностью подлета тел 10 к поверхностным частям гирлянды 29 с маяками 8, последовательно инициируют заряды гирлянд, начиная с верхнего так, что тела 10 входят не в слой воды 26, а приемную воронку 30 из парогазовой смеси и движение тела под водой происходит только в такой парогазовой полости, постоянно образуемой подрывами все более глубоко расположенных зарядов вплоть до пятна 7 на поверхности стенки магматического очага 9 с последующей его пенетрацией. An exceptional danger is represented by explosive eruptions of underwater volcanoes or with a significant underwater part (Fig.5,6). Penetration in this case is difficult due to the significant layer of water (hundreds of meters) covering the cone. Therefore, to ensure almost free passage of the penetrating body 10 through the layer of water 26 (Fig. 5) above the spot with the maximum stress concentration on the dome of the volcano 7, the beacon 8 is fixed at anchor with the transceiver system and acoustic command unit at the anchor and a gas generator is installed, for example, on solid rocket fuel 27 and with the launch from the command acoustic unit and the signal from the lighthouse system 8. When the body 10 approaches the lighthouse 8, a command is given to turn on the gas generator 27. High-pressure gases flowing from the generator 27 The lines form a gas-vapor column 28 above the generator and the dome part of the hearth 9. At the moment of the column 28 coming out, the penetrating body 10 flies up to the surface of the water 26 and during the time of the column existence, determined by the generator’s operation, passes practically under conditions close to atmospheric water layers 26. At the moment the beginning of the penetration of the roof of the hearth 7, the operation of the generator 27 is terminated. In the case of creating and maintaining the growth of the underwater main crack opening the underwater magma chamber 9 (Fig. 6) by the mechanism described earlier (Fig. 4), they also conduct sequential penetration. Garlands 29 of small explosive charges of high explosive type or powder bombs are fixed along the course of the proposed main crack at the bottom anchors, the blasting or ignition of which is carried out on command from lighthouses 8 (Fig.6). In accordance with the time sequence of approaching the bodies 10 to the surface parts of the garland 29 with beacons 8, charges of the garlands are sequentially initiated, starting from the top so that the bodies 10 do not enter the water layer 26, but the receiving funnel 30 from the vapor-gas mixture and the body moves under water only in such a gas-vapor cavity, constantly formed by explosions of increasingly deeply located charges up to spot 7 on the wall surface of the magma chamber 9 with its subsequent penetration.

Применение предлагаемого способа в отличие от известных методов активного воздействия на уже действующий вулканический сейсмический процесс позволяют не только обеспечить экстренное создание сети наблюдений за состоянием вулканов, но и предупредить катастрофические формы освобождения сейсмической и вулканической энергии, управлять их мощностью и временем возникновения, что свидетельствует в пользу его целесообразности. Так, периодическое пробивание лавовой пробки в кратере действующего вулкана центрального типа приведет к сбросу избыточного давления вулканических газов. Реализация способа дает возможность предотвратить многочисленные человеческие жертвы (до сотен тысяч) и значительные материальные потери (миллиарды долларов). Открываются возможности регулировать геодинамические процессы в региональном масштабе, локально изменять климат. The application of the proposed method, in contrast to the well-known methods of active influence on an already existing volcanic seismic process, allows not only to urgently create a network for observing the state of volcanoes, but also to prevent catastrophic forms of release of seismic and volcanic energy, to control their power and time of occurrence, which is in favor its feasibility. Thus, periodic piercing of the lava plug in the crater of an active volcano of the central type will lead to the release of excessive pressure of volcanic gases. The implementation of the method makes it possible to prevent numerous casualties (up to hundreds of thousands) and significant material losses (billions of dollars). Opportunities are opening up to regulate geodynamic processes on a regional scale and to change climate locally.

Claims

1. METHOD FOR REMOVING MECHANICAL STRESSES IN A GEOLOGICAL ENVIRONMENT, including placement of geophones in a seismically dangerous zone, determination of foci of stresses and their subsequent exposure to them, characterized in that the impact is carried out by penetrating the earth's crust using solids weighing 100 100000 kg and lengthening 5 20, sent to the epicenter of the source of stress at a speed of 0.5 to 15 M.

2. The method according to claim 1, characterized in that if there is a domed part of the volcano in the earth’s crust, it penetrates along the slope facing in the opposite direction from the protected area.

3. The method according to claim 1, characterized in that the penetrating bodies provide a guidance system and direct them to the sources of stress using signals from geophones or guidance beacons.

4. The method according to claim 1, characterized in that the penetrating bodies are connected in a ferrule with the location of the longitudinal axes of the bodies in one plane.

5. The method according to claim 1, characterized in that the penetrating body is heated to 1500 to 2000 ^o C. before introduction.