Физико-математические проблемы многомасштабной динамики геологической среды

Официальные оппоненты:
: «Sgjö'.-SKgs
гЩ
доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН
доктор физико-математических наук, профессор
доктор технических наук, профессор
Николаев A.B.
■ у ...
; ф 'Ы-Быков В.П.
Кузнецов О.Л.
Ведущая организаци^^^^^^й институт имени академика
Н Н Анлпеева ГОСУДАРСТВЯННАЯ
Н. п. Андреева БИБЛИОТЕКА
а ікб 1 - 00
Защита состоится “ 26 ” апреля 2000 г. в 10 час.
на заседании -диссертационного совета Д. 002.08.02. Объединенного института физики Земли имени О.Ю. Шмидта Российской Академии наук РАН) по адресу: 123810,
Москва, Б.Грузинская, 10
С диссертацией в в г в библиотеке Объе ни О.Ю.Шмидта РА!
ознакомиться л Земли име-
Диссертация та 2000 г.
23 ” мар-І
■Ж?--.
Ученый сек диссертацг кандидат ф
;мати^
Российская академия наук Министерство образования Российской Федерации Институт проблем нефти и газа
На правах рукописи УДК 550.34
Володин Игорь Александрович
•' ■ V-:#■•••'-
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МНОГОМАСШТАБНОЙ ДИНАМИКИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
Специальность 04.00.22 - физика твердой Земли
ДИССЕРТАЦИЯ
в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Москва 2000
3. Механизмы взаимодействий между разномасштабными процессами в геосреде, установленные в рамках метода многомасштабных разложений; модельное описание и объяснение широкого класса явлений, которые исследователи ранее считали аномальными с позиций традиционного одно масштабного моделирования.
4. Комбинированное искусственное воздействие сразу в нескольких частотных диапазонах как на геосреду в натурных условиях, так и на лабораторные образцы горных пород, основанное на построенной теории, позволяет получить новые, недоступные традиционными методами, конструктивные эффекты, разработать новые методы исследований образцов и горных пород в естественном залегании.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Основной новый теоретический результат работы, имеющий приоритетное значение в отечественных и зарубежных исследованиях в области наук о Земле:
- разработана новая концепция коллективных движений применительно к геологической среде и на ее основе построена физико- математическая теория многомасштабной динамики поля возмущений геологической среды от СВЧ - до СНЧ - диапазона, описывающая условия стабилизации коллективных движений на каждом масштабе, а также взаимодействия и обмен энергией между процессами, протекающими в разных пространственно- временных масштабах;
в рамках концепции получены следующие новые результаты:
- разработана теория формирования спектров рассеяния волновых полей одних диапазонов на волновых пакетах других диапазонов: ультразвука (кГц) на сейсмических полях (10 Гц) и сейсмических (10 Гц) на группах волн НЧ- диапазона (до млГц);
- в геосреде с нелинейными свойствами обнаружены и исследованы механизмы формирования коллапсов сейсмических волновых пакетов, свойств мультистабильности с эффектами триггерного типа, нелинейного отражения (осциллирующий режим, гибридизация, стохастический резонанс) сейсмических волн от границ нелинейных зон при активном воздействии на нее виброисточником;
- в окрестности тектонических разломов и других нарушений в литосфере обнаружены и исследованы эффекты нелинейной дифракции сейсмических волновых полей с появлением наблюдаемой на космогеологических картах эквидистантности в системах линеаментов и кольцевых структур и установлена природа нелинейных механизмов сжатия-растяжения, регистрируемых на геодинамических полигонах;
- построена модель сейсмических полей и к в азистатически х полей напряжений, имеющих сложную трехмерную пространственную конфигурацию, что позволяет описать новые сейсмические процессы и геодинамические объекты, в том числе динамику в окрестности каналов внедрения изверженных пород;
- описаны автосолитонные механизмы формирования устойчивых флюидодинамических очагов в литосфере.
3
Таким образом в диссертации решается крупная проблема, имеющая важное научное значение - создание теоретической базы для математического описания многообразия нелинейных динамических процессов в литосфере, протекающих на различных гфостранственно-временных масштабах.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Результаты работы, полученные на основе построенных математических моделей, могут быть использованы при организации НИР:
- по исследованию тектонической активности и флюид о динамики в литосфере на основе теории нелинейной интерференции и дифракции, а также формирования режимов солитонного типа в установившихся сейсмических полях от различных источников;
- по экспериментальному изучению многомасштабной реакции геосреды на вибровоздействия на основе разработанной системы математических моделей;
- по воспроизведению естественной динамики геосреды при лабораторных экспериментах на образцах горных пород с использованием многочастотного воздействия;
- по комплексному анализу медленных вариаций геофизических параметров геодинамических полигонах на основе построенной математической модели;
а также в следующих практических приложениях:
- разработке новых прямых геофизических методов поиска залежей углеводородов и тектонически активных зон в литосфере на основе описания специфических режимов отражения сейсмических волн от объемов геосреды со свойствами нелинейности и мультистабштьносш;
- организации мониторинга динамики геосреды при техногенном воздействии, в том числе при разработке месторождений углеводородов, на основе выделения спектральных образов волновых пакетов НЧ и СНЧ-диапазонов в сейсмическом спектре;
- создания новых геотехнологий прогнозирования месторождений полезных ископаемых жильного типа, а также зон формирования ловушек углеводородов на теоретической основе динамической модели трехмерных конфигураций полей напряжений смешанного типа в литосфере.
ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ обеспечена на основе:
- использования опыта теоретического и экспериментального изучения нелинейных эффектов в различных средах, накопленного в современной физике;
- интерпретации результатов исследований аномальных сейсмических процессов, возникающих при активном воздействии на гео среду, на основе численного моделирования многомасштабных процессов;
- анализа и теоретического обобщения результатов исследований суточных вариаций геофизических параметров на гео динамических полигонах и их компьютерного моделирования с использованием граничной задачи для нелинейных уравнений;
4