Nature of Anisotropic Response of Fluid Saturated Medium to Surface Seismic Wave Propagation
- Authors: Panteleev I.A1,2, Lozhkin D.V1,2, Lyakhovsky V.3, Shalev E.3
-
Affiliations:
- Institute of Continuous Media Mechanics UB RAS
- PRFC UB RAS
- Geological Survey of Israel
- Issue: No 2 (2025)
- Pages: 80-94
- Section: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/0002-3337/article/view/307792
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333725020079
- EDN: https://elibrary.ru/DLPOCG
- ID: 307792
Cite item
Abstract
About the authors
I. A Panteleev
Institute of Continuous Media Mechanics UB RAS; PRFC UB RAS
Email: pia@icmm.ru
Perm, Russia
D. V Lozhkin
Institute of Continuous Media Mechanics UB RAS; PRFC UB RAS
Email: lozhkin.d@icmm.ru
Perm, Russia
V. Lyakhovsky
Geological Survey of Israel
Email: vladimir.lyakhovsky@gmail.com
Jerusalem, Israel
E. Shalev
Geological Survey of Israel
Email: eyal2shalev@gmail.com
Jerusalem, Israel
References
- Барабанов В.Л., Гриневский А.О., Калачев А.А., Савин И.В. Частотная характеристика системы скважина - водоносный горизонт по данным наблюдений за уровнем подземных вод // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1988. № 3. С. 41-50.
- Вартанян Г.С. Геодинамический мониторинг и прогноз сильных землетрясений // Отечественная геология. 2002. № 2. С. 62-65.
- Вартанян Г.С. Глобальная эндодренажная система: некоторые флюидофизические механизмы геодинамических процессов // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 1. С. 53-78.
- Виноградов С.Д., Троицкий П.А., Соловьева М.С. Влияние трещиноватости и напряжений в среде на параметры распространяющихся упругих волн // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. № 4. С. 42-56.
- Виноградов С.Д., Троицкий П.А., Соловьева М.C. Изучение распространения упругих волн в среде с ориентированной трещиноватостью // Физика Земли. 1992. № 5. С. 14-34.
- Волейшо В.О., Куликов Г.В., Круподерова О.Е. Геодинамический режим Камчатско-Курильского и Сахалинского сейсмоактивного региона по данным ГГД-мониторинга // Разведка и охрана недр. 2007. № 5. С. 20-24.
- Горбунова Э.М., Беседина А.Н., Виноградов Е.А., Свинцов И.С. Реакция подземных вод на прохождение сейсмических волн от землетрясений на примере ГФО “Михнево” // Динамические процессы в геосферах. Вып. 7. М.: ГЕОС. 2015. С. 60-67.
- Егоркин А.В., Егоркин А.А. Анизотропия скоростей поперечных волн в консолидированной коре Сибири // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1986. № 11. С. 106- 112.
- Киссин И.Г. Флюиды в земной коре. Геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука. 2015. 328 с.
- Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеосейсмические вариации уровня воды в скважинах Камчатки. Петропавловск-Камчатский: ООО “Камчатпресс”. 2019. 144 с.
- Копылова Г.Н., Болдина С.В. Эффекты сейсмических волн в изменениях уровня воды в скважине: экспериментальные данные и модели // Физика Земли. 2020. № 4. С. 102-122.
- Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеологические предвестники землетрясений и вулканических активизаций по данным наблюдений в скважинах полуострова Камчатка // Науки о Земле и недропользование. Гидрогеология и инженерная геология. 2021. Т. 44. № 2. С. 141- 150.
- Пантелеев И.А., Ляховский В.А. Ориентация трещиноватости в хрупком твердом теле при традиционном трехосном сжатии // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2022. № 5. С. 70-92.
- Пантелеев И.А., Ляховский В., Мубассарова В.А., Карев В.И., Шевцов Н.И., Шалев Э. Тензорная компакция пористых пород: теория и экспериментальная верификация // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 234-243.
- Alt R.C., Zoback M.D. In situ stress and active faulting in Oklahoma // Bull. seism. Soc. Am. 2017. V. 107. P. 216-228. Barbour A.J., Beeler N.M. Teleseismic waves reveal anisotropic poroelastic response of wastewater disposal reservoir // Earth Planetary Physics. 2021. V. 5. № 6. P. 547-558.
- Biot M.A. General theory of three-dimensional consolidation // Journal of Applied Physics. 1941. V. 12. № 2. P. 155-164.
- Bonner B.P. Shear wave birefringence in dilating granite // Geophysical Research Letters. 1974. V. 1. № 5. P. 217-220. Browning J., Meredith P.G., Stuart C., Harland S., Healy D., Mitchell T.M. A directional crack damage memory effect in sandstone under true triaxial loading // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. № 14. P. 6878-6886.
- Burbey T.J. Fracture characterization using Earth tide analysis // Journal of Hydrology. 2010. V. 380. P. 237-246.
- Chesnokov E.M., Zatsepin S.V. Effects of applied stress on effective elastic anisotropy in cracked solids // Geophys. J.Int. 1991. V. 107. P. 563-569.
- Crampin S. Geological and industrial implications of extensive-dilatancy anisotropy // Nature. 1987. V. 328. № 6130. P. 491-496.
- Crampin S. Suggestions for a consistent terminology for seismic anisotropy // Geophys. Prospect. 1989. V. 37. № 7. P. 753-770.
- Cutillo P.A., Bredehoeft J.D. Estimating Aquifer Properties from the Water Level Response to Earth Tides // Ground Water. 2011. V. 49. № 4. P. 600-610.
- Doan M.L., Brodsky E.E., Priour R., Signer C. Tydal analysis of borehole pressure - A tutorial. H.: Schlumberger Research report. 2006. 62 р.
- Hamiel Y., Lyakhovsky V., Agnon A. Coupled evolution of damage and porosity in poroelastic media: theory and applications to deformation of porous rocks // Geophys. J.Int. 2004. V. 156. P. 701-713.
- Hamiel Y., Lyakhovsky V., Agnon A. Rock dilation, nonlinear deformation, and pore pressure change under shear // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 237. P. 577-589.
- Henkel D.J. The shear strength of saturated remoulded clay: Proc. Res. Conf. Shear Strength Cohesive Soils Boulder, Color. 1960. Р. 533-540.
- Henkel D.J., Wade N.H. Plane strain tests on a saturated remoded clay // J. Soil Mech. Found. Div. 1966. V. 92. № 6. P. 67-80.
- Hsieh P., Bredehoeft J., Farr J. Determination of aquifer transmissivity from earth tide analysis // Water Resources Res. 1987. V. 23. P. 1824-1832.
- Kitagawa Y., Itaba S., Matsumoto N., Koizumi N. Frequency characteristics of the response of water pressure in a closed well to volumetric strain in the high frequency domain // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. № B08301. Р. 1-12.
- Kolawole F., Johnston C.S., Morgan C.B., Chang J.C., Marfurt K.J., Lockner D.A., Reches Z., Carpenter B.M. The susceptibility of Oklahoma’s basement to seismic reactivation // Nat. Geosci. 2019. V. 12. P. 839-844.
- Kopylova G., Boldina S. Preseismic groundwater ion content variations: observational data in flowing wells of the Kamchatka peninsula and conceptual model // Minerals. 2021. V. 11. № 7. P. 731.
- Lai G., Ge H., Wang W. Transfer functions of the well-aquifer systems response to atmospheric loading and Earth tide from low to high-frequency band // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2013. V. 118. Р. 1904-1924.
- Leary P.C., Crampin S., McEvilly T.V. Seismic fracture anisotropy in the Earth’s crust: An overview // J. geophys. Res. 1990. V. 95. P. 11105-11114.
- Lockner D.A., Byerlee J.D., Kuksenko V., Ponomarev A., Sidorin A. Chapter 1 observations of quasistatic fault growth from acoustic emissions // Int. Geophys. 1992. V. 51. P. 3-31. Lockner D.A., Byerlee J.D. Dilatancy in hydraulically isolated faults and the suppression of instability // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. P. 2353-2356.
- Lockner D.A., Stanchits S.A. Undrained poroelastic response of sandstones to deviatoric stress change // J. geophys. Res. 2002. V. 107. P. 2353.
- Lockner D.A., Walsh J.B., Byerlee J.D. Changes in seismic velocity and attenuation during deformation of granite // J. geophys. Res. 1977. V. 82. P. 5374-5378.
- Lutzky H., Lyakhovsky V., Kurzon I., Shalev E. Hydrological response to the Sea of Galilee 2018 seismic swarm // J. Hydrol. 2020. V. 582. P. 124499.
- Lyakhovsky V., Panteleev I., Shalev E., Browning J., Mitchell T.M., Healy D., Meredith P.G. A new anisotropic poroelasticity model to describe damage accumulation during cyclic triaxial loading of rock // Geophys. J.Int. 2022a. V. 230. P. 179-201.
- Lyakhovsky V., Shalev E., Panteleev I., Mubassarova V.Compaction, strain, and stress anisotropy in porous rocks // Geomech. Geophys. Geo-Energy Geo-Resources. 2022b. V. 8. P. 1-17.
- Miller V., Savage M. Changes in seismic anisotropy after volcanic eruptions: evidence from Mount Ruapehu // Science. 2001. V. 293. P. 2231-2233.
- Nur A. Effects of stress on velocity anisotropy in rocks with cracks // J. geophys. Res. 1971. V. 76. P. 2022-2034.
- Nur A., Simmons G. Stress-induced velocity anisotropy in rock: an experimental study // J. geophys. Res. 1969. V. 74. P. 6667-6674.
- Paterson M.S., Wong T.F. Experimental Rock Deformation: The Brittle Field. B. : Springer. 2005. 348 p.
- Peng Z., Ben-Zion Y. Systematic analysis of crustal anisotropy along the Karadere-Düzce branch of the North Anatolian fault // Geophys. J.Int. 2004. V. 159. P. 253-274.
- Rahi K.A., Halihan T. Identifying aquifer type in fractured rock aquifers using harmonic analysis // Ground water. 2013. V. 51. № 1. P. 76-82.
- Reches Z., Lockner D. Nucleation and growth of faults in brittle rocks // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1994. V. 99. № B9. P. 18159-18173.
- Renard F., McBeck J., Kandula N., Cordonnier B., Meakin P., Ben-Zion Y. Volumetric and shear processes in crystalline rock approaching faulting // Proc. Natl. Acad. Sci. 2019. V. 116. P. 16234-16239.
- Sayers C.M. Stress-dependent elastic anisotropy of sandstones // Geophys. Prospect. 2002. V. 50. P. 85-95.
- Schmitt D.R., Zoback M.D. Diminished pore pressure in low-porosity crystalline rock under tensional failure: apparent strengthening by dilatancy // J. geophys. Res. 1992. V. 97. P. 273-288.
- Shalev E., Kurzon I., Doan M.-L., Lyakhovsky V. Sustained water level changes caused by damage and compaction induced by teleseismic earthquakes // J. geophys. Res. 2016a. V. 121. P. 4943-4954.
- Shalev E., Kurzon I., Doan M.-L., Lyakhovsky V. Water-level oscillations caused by volumetric and deviatoric dynamic strains // Geophys. J.Int. 2016b. V. 204. P. 841-851.
- Skempton A.W. The pore-pressure coefficients A and B // Geotechnique. 1954. V. 4. P. 143-147.
- Stanchits S., Vinciguerra S., Dresen G. Ultrasonic velocities, acoustic emission characteristics and crack damage of basalt and granite // Pure appl. Geophys. 2006. V. 163. P. 975-994.
- Wang C.-Y., Chia Y., Wang P., Dreger D. Role of S waves and Love waves in coseismic permeability enhancement // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. № 9.
- Wang C.-Y., Manga M. Earthquakes and Water. B.: SpringerVerlag. 2010. 228 p.
- Wang H.F. Effects of deviatoric stress on undrained pore pressure response to fault slip // J. geophys. Res. 1997. V. 102. P. 17943-17950.
- Wang H.F. Theory of linear poroelasticity with applications to geomechanics and hydro geology. P.: Princeton University Press. 2000. 304 p.
- Winterstein D.F. Velocity anisotropy terminology for geophysicists // Geophysics. 1990. V. 55. P. 1070-1088.
- Xue L., Brodsky E.E., Erskine J., Fulton P.M., Carter R. A permeability and compliance contrast measured hydrogeologically on the San Andreas Fault // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2016. V. 17 P. 858-871.
Supplementary files
