Доценко В.В., Емельянова Е.Ю., Нескин А.Г., Никульшин М.В., Петров Д.В. «Расчетное моделирование воздействия ударно-волнового нагружения при подрыве цилиндрического заряда взрывчатого вещества внутри буровой трубы» Прикладная механика и техническая физика, 66, № 1, с. 14-25 (2025)

С целью разработки технологии разрушения буровой трубы и последующего ее извлечения из скважины с глубины более 5000 м проводится численное исследование ударно-волнового воздействия на внутреннюю поверхность трубы в результате детонации специального цилиндрического заряда. Рассматриваются два случая детонации взрывчатого вещества цилиндрического заряда: детонация с плоским фронтом и расходящаяся сферическая детонация. Расчетная модель представляет собой слоистую конструкцию, которая включает цилиндрический заряд взрывчатого вещества в медном корпусе, стальную трубу и буровой раствор. Расчет ударно-волнового воздействия на буровую трубу проводится в трехмерной постановке с использованием многокомпонентной эйлеровой формулировки. В результате расчетов подтверждена возможность разрушения буровой трубы в области замкового соединения. Показано, что ударно-волновое воздействие в режиме детонации заряда с плоским фронтом по уровню повреждений трубы существенно превосходит воздействие в режиме расходящейся сферической детонации. По результатам дополнительных расчетов определена минимальная длина заряда, достаточная для разрушения буровой трубы DOI: 10.15372/PMTF202315432

Горбатиков А.В. «Метод микросейсмического зондирования: исследование разрешающей способности, области и примеры применения» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 3-17 (2013)

Метод микросейсмического зондирования (ММЗ) относится к группе пассивных методов сейсморазведки и может применяться при решении геолого-геофизических и структурных задач для различных классов геологических объектов в различных географических и климатических условиях. К настоящему времени накоплен определенный опыт использования ММЗ в научно-исследовательских и промышленных проектах на территории России, стран СНГ и за рубежом. Распространёнными в мире методами, родственными ММЗ, являются: 1) модификации метода поверхностно-волновой томографии на основе оценки по кросскорреляционной функции фазовой части функции Грина; 2) модификации метода пространственной корреляции (SPAC-методы); 3) модификации метода отношения компонент (H/V-методы).

Киссин И.Г. «Флюиды земной коры и их влияние на сейсмические процессы» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 18-23 (2013)

Участие воды в сейсмических процессах было обнаружено после того, как в середине прошлого века в разных регионах произошли землетрясения, связанные с нарушениями водного режима – заполнением крупных водохранилищ и закачкой жидкости в глубокие скважины. Сейчас такие землетрясения, которые получили название вызванных, или наведенных, насчитываются многими десятками, перечень факторов, их вызывающих, расширился за счет иных видов техногенной деятельности (сильные взрывы и др.), которые влияют на напряженно-деформированное состояние (НДС) среды в сейсмогенных зонах. На начальном этапе исследований по прогнозу землетрясений роль воды в сейсмических процессах, в частности влияние эффекта Ребиндера, рассматривалась лишь в общем виде. В нынешнее время некоторые аспекты воздействия воды, точнее флюидов, на землетрясения стали более понятными, но, в целом, остаются слабо изученными и редко привлекают внимание исследователей. Выяснение роли флюидов в механизме землетрясений представляет интерес еще с одной позиции – тектонофизической: ведь разломообразование в прежние геологические эпохи, очевидно, происходило таким же образом, что и в современных очагах землетрясений. В тех, пока немногочисленных работах, где рассматривается влияние флюидов на сейсмические процессы, флюиды представлены как некая субстанция, которая всегда присутствует в окрестностях очага землетрясений и может принять участие в его формировании. Такой подход, сохраняющийся до наших дней со времени известной статьи о дилатансно-диффузионной модели очага землетрясения, не соответствует современным представлениям о флюидах в земной коре и мантии. Флюиды в сейсмогенных зонах не имеют сплошного распространения. Кроме того, химический состав флюидов и их физические свойства неодинаковы в таких зонах, приуроченных к разным глубинам. В статье рассматривается преимущественно роль флюидов в очагах землетрясений, локализованных в земной коре, ибо для глубоких (мантийных) очагов обстановка более сложна и во многом еще остается гипотетичной.

Кузьмин Ю.О. «Физические основы идентификации результатов измерений в современной геодинамике» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 24-38 (2013)

Проблемы идентификации измерений современных геодинамических (геодеформационных) процессов в последние годы существенно обострилась. Это обусловлено тем, что в арсенале исследователей изучающих современные деформации (вертикальные и горизонтальные смещения, наклоны и т.п.) земной поверхности появились спутниковые и скважинные методы измерений, которые внесли свою, подчас проблемную специфику в традиционные методы наземных геодезических и обсерваторских геофизических (наклономерно-деформометрических) наблюдений. Сюда относятся такие базовые понятия как «чувствительность», «точность», «пространственно-временное разрешение», «абсолютно и относительно измеренные величины», «адекватность идентификации измеренных данных», которые используются в теории измерения физических (механических) величин. Ситуация усугубляется тем, что некоторые исследователи полагают, что наблюдения не являются измерениями в строгом смысле этого понятия, т.к. «полевая» специфика налагает ограничения, которые не свойственны строгим лабораторным методам. Кроме того мониторинговые, повторные во времени измерения не воспроизводимы, т.к. повторить их в тех же условиях уже не возможно. Подчас это действительно так, но, по мнению автора, процедура наблюдения должна максимально приближаться к процедуре измерения. Для этого необходимо проводить тщательный метрологический анализ системы «измерительный датчик – вмещающая среда». Причем это касается не только тривиальных оценок статистической значимости получаемых результатов с позиции теории погрешности наблюдений. Наблюдения только тогда становятся измерениями, когда удовлетворяют основным принципам (аксиомам) метрологии. Только в этом случае результаты наблюдений могут быть сравнимы, адекватно идентифицируемы и, следовательно, репрезентативны. Рассмотрен ряд проблем идентификации результатов наблюдений на примере некоторых современных средств «измерения» кинематики (смещений и деформаций) земной поверхности.

Николаевский В.Н. «Смены волн в динамической пороупругости и проблемы современной сейсмики» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 39-55 (2013)

Одна из загадок современной сейсморазведки на нефть и газ состоит в том, что на предпочтительных, но обязательно низких частотах (10–20 Гц) в отражениях сейсмических волн четко видны залежи углеводородов. На этих частотах в плоскости продуктивного пласта удается выделять и текущий контур нефтеносности. Было замечено, что эффект низких частот срабатывает и в зонах «сейсмической тени», возникающей ниже газоносных массивов и обычно понимаемой как «мутность» (turbidity) геофизической среды. Много вопросов возникает и в связи с явлениями пассивной сейсмики. Например, почему в дневное время ее сигналы сильнее, чем в ночное? Иначе говоря, имеется целый комплекс взаимосвязанных вопросов, ответов на которые в литературе до сих пор не было. Автор считает, что искать ответы надо в специфике волн в насыщенных пористых средах. Используются результаты докторской диссертации автора 1966, добавляя понятия как доминантных частот, резонанса насыщенного флюидами пласта и опыт вибровоздействия на пласт.

Павленкова Н.И. «Роль флюида в формировании глубинных неоднородностей коры и верхней мантии» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 56-68 (2013)

Структурные особенности земной коры и верхней мантии Земли, выявляемые геофизическими исследованиями, определяются многими факторами. Основными из них являются изменчивость слагающего их вещества, температурного режима и давления. Большое значение имеют изменения механических свойств вещества при изменении его напряженного состояния, степени разрушенности, рассланцеванности и др. Глубинные сейсмические и электромагнитные исследования показали также, что важная роль в формировании структурных особенностей верхних оболочек Земли принадлежит флюидам. Их повышенная концентрация в отдельных слоях создает зоны пониженных скоростей (волноводы) и повышенной электропроводности, а потоки глубинных флюидов формируют наклонные и вертикальные неоднородные зоны. Геохимические исследования вещества земной коры и верхней мантии дают основание предполагать большую роль глубинных флюидов и в таких глобальных процессах, как формирование континентов и океанов. Рассматриваются эти проблемы на конкретных примерах.

Ребецкий Ю.Л. «Принцип минимума потенциальной энергии гравитационного напряженного состояния и проблема устойчивости слоистых сред» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 69-78 (2013)

В геодинамике считается, что практически единственным механизмом, обеспечивающим в локальном и региональном масштабе формирование внутрикорового течения только за счет собственной механической энергии объема, является плотностная инверсия (более плотный слой лежит на слое меньшей плотности). Другие механизмы деформирования слоев тектоносферы, включая термо-гравитационную конвекцию, требуют совершения работы на границах деформируемых объемов или подвода тепла извне. В этом случае источник энергии лежит за пределами деформируемого массива. Рассматривается еще один механизм внутрикорового и, возможно, верхне мантийного течения, который энергетически обеспечен внутренним механическим состоянием самой среды, деформируемой этим течением.

Романюк Т.В. «Реологическая модель и особенности напряженно-деформированного состояния региона активной сдвиговой разломной зоны на примере разлома СанАндреас» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 79-112 (2013)

Приводится краткое (схематичное) описание цепочки главных кайнозойских геодинамических событий на юго-западной окраине Северо-Американского континента, сопровождавших преобразование конвергентной межплитовой границы в трансформную и внесших подавляющий вклад в современный облик тектонических провинций и строение коры региона разломной системы Сан-Андреас, на которой релаксируют относительные сдвиговые перемещения Тихоокеанской и Северо-Американской литосферных плит. На основе обобщения большого количества разнообразных геолого-геофизических данных скомпилирована 3-D комплексная тектонофизическая модель региона, обоснован выбор реологической модели среды для различных блоков/слоев коры и мантии. Описан механизм миграции на восток главной плоскости скольжения в разломной системе Сан-Андреас и особенности современного геодинамического режима системы. Сведены геолого-геофизические данные, на которых основаны наши представления о структуре трансформной разломной системы Сан-Андреас и тонкой структуре разлома Сан-Андреас, который является главным разломом системы, аккомодирующим более половины сдвиговой активности в системе. Обсуждаются оценки величин и ориентации напряжений, действующих как непосредственно на разломе, так и в соседних к нему блоках, флюидный режим, степень анизотропности материала разломной области и т.п. Обоснована модель непосредственно разломной зоны, которая представляет собой зону дробления шириной 100–500 м (с породами повышенной трещиноватости и деформативности), характеризующимися пониженными сейсмическими скоростями и электрическим сопротивлением, а также повышенной пористостью. Внутри зон дробления располагаются стрэнды – зоны шириной 2–3 м, в которых локализуются сдвиговые движения. С позиций сейсмического режима различают «запертые» и «криповые» сегменты разломов. Результаты эксперимента SAFOD показали, что деформации механически слабой «криповой» части разлома Сан-Андреас контролируются наличием слабых минералов (глинистые пленки на поверхностях фолиации), а не высоким флюидным давлением или другими предполагаемыми гипотетическими механизмами.

Смагличенко Т.А. «Инновационные методы томографии о скоростной структуре в области очагов» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 132-144 (2013)

Заключение. Основное внимание сосредоточено на новой технологии решения задачи инверсии томографических данных, которая были разработана автором лекции для того, чтобы преодолеть две важные составляющие проблемы решения любой обратной задачи: неединственность и отсутствие устойчивости результатов. Более того, в процессе обращения сейсмических данных исследователь часто получает численные значения, не имеющие геофизического смысла, что говорит о сильной некорректности решения задачи. Предлагаемый метод дает возможности для преодоления всех этих проблем. Однако, как показывает опыт, метод дает хороший результат при наличии большого числа данных, так как база его – статистический выбор решения на основе предложенных критериев. Результаты тестирования предлагаемого подхода и применение его к реальным данным сравниваются с соответствующими результатами метода двойных разностей, также нового, но разработанного зарубежными коллегами. При одних и тех же условиях научного эксперимента эффективность дифференцированного подхода подтверждена. На основании этого можно более утвердительно сказать о полученной скоростной структуре в области очагов землетрясений. Предполагается, что после того, как события произошли, очаги попадают в области, характеризующимися сильным занижением объемных продольных P-волн.

Собисевич А.Л. «Изучение глубинного строения активных вулканов геофизическими методами» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 145-165 (2013)

Рассмотрено современное состояние проблемы изучения глубинного строения, механизмов деятельности и мониторинга активных вулканических центров геофизическими методами, включая и технологии дистанционного зондирования.

Сомин М.Л. «Соотношения регионального метаморфизма и тектоники в подвижных поясах фанерозоя» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 166-174 (2013)

Проведено сравнение структуры альпийской складчатой системы Б. Кавказа, где нет регионального метаморфизма, и структуры Кубы, доальпийского Б.Кавказа и Альп, где он проявился широко и многообразно. На альпийском Б. Кавказе нет больших надвигов и признаков субдукции, т.е. общее сокращение коры незначительно. На Кубе, в Альпах, в палеозойском фундаменте Б.Кавказа установлены зоны субдукции и тектоническое «сдваивание» коры – свидетельства громадной величины горизонтального сокращения. Сделан вывод, что зоны молодого регионального метаморфизма занимают осевое положение в складчатых системах, испытавших большое сокращение, и часто представляют собой тектонические окна в аллохтонных массах. Три необходимых компонента регионального метаморфизма (высокая температура, глубокое погружение и деформации) развиваются при коллизии в результате процессов деламинации литосферы, а также в надсубдукционной обстановке в основании островных дуг.

Татевосян Р.Э. «Эффекты в инженерной и природной среде и шкала интенсивности землетрясений» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 192-202 (2013)

Автор ставит целью показать, что воздействие землетрясения на инженерную и природную среду носит сложный, комплексный характер. Даже желание сконструировать шкалу самого высокого ранга не оправдывает потери целостной картины. Инструментальные средства пока не позволяют столь компактно и полно представить такую важнейшую характеристику землетрясения, как интенсивность. Несмотря на бурное развитие инженерной сейсмологии, макросейсмика не утратила своего значения. В работе представлена только одна, специфическая проблема оценки интенсивности. Автор надеется, что и это, тем не менее, позволило показать, какие сложные вопросы призваны решить макросейсмические исследования.

Диденкулов И.Н., Малеханов А.И., Чернов В.В. «Акустические колебания в стволе глубокой скважины, порождаемые его упругими деформациями в поле сейсмических волн удаленного источника» Проблемы прочности и пластичности, 86, № 2, с. 129-138 (2024)

Анализируются возможности оригинального подхода к построению распределенной системы сейсмического мониторинга на основе стационарной сейсмоакустической трассы распространения зондирующего сигнала. Такая стационарная трасса может быть образована мощным источником низкочастотных вибрационных колебаний, расположенным на земной поверхности, и удаленным от него на десятки (или более) километров пунктом регистрации сигналов. В качестве мощного вибрационного источника предлагается использовать агрегаты гидроэлектростанции, имеющие типичную массу в несколько сотен тонн и создающие в среде земных пород вибрационные сигналы с характерными частотами от единиц до одного-двух десятков герц (включая гармоники), а в качестве пункта регистрации – глубокую скважину, оснащенную необходимыми средствами измерений. Для регистрации низкочастотных продольных волн в толще окружающих скважину земных пород предлагается достаточно простой и эффективный метод, основанный на использовании протяженного ствола скважины как распределенной сейсмической антенны и микрофона, установленного на верхнем срезе скважины. Показано, что напряжения в поле продольной сейсмической волны, воздействуя на ствол скважины, вызывают изменение его диаметра, что приводит, в свою очередь, к возникновению колебаний столба заполняющей ствол жидкости на частотах сейсмических волн, генерируемых источником. Рассмотрена конкретная схема реализации обсуждаемого подхода на примере Нижегородской гидроэлектростанции и удаленной от нее на расстояние около 40 км Воротиловской глубокой скважины. Приведены количественные оценки и экспериментальные данные, демонстрирующие возможности использования соответствующей стационарной трассы.

Каевицер В.И., Смирнов В.М., Смольянинов И.В. «Применение гидролокационных комплексов для обнаружения участков газовой разгрузки морского дна» Океанология, 64, № 4, с. 706-712 (2024)

Приведены и проанализированы экспериментальные результаты геолого-геоморфологических наблюдений в некоторых морских районах с активной газовой разгрузкой из донных отложений. Работы были выполнены с использованием инструментального комплекса геофизической гидролокационной аппаратуры, который включал акустический профилограф и батиметрический гидролокатор бокового обзора, использующий интерферометрический метод измерения глубин в полосе обзора. Полученные результаты подтверждают возможность применения комплекса для классификации морфологии морского дна и контроля процессов газовой разгрузки. Также эти данные дистанционного картирования дна могут быть использованы для интерпретации результатов спутникового дистанционного зондирования.

Dolgikh G.I., Valentin D.I., Batyushin G.N., Dolgikh S.G., Kovalev S.N., Koren' I.A., Ovcharenko V.V., Yakovenko S.V. «Seismoacoustic hydrophysical complex for monitoring the atmosphere–hydrosphere–lithosphere system» Приборы и техника эксперимента, 45, № 3, с. 120-122 (2002)

The seismoacoustic hydrophysical complex intended for investigation of the interaction of geospheres wave fields in a frequency range from 1 μHz to 1 Hz is described. The complex consists of a shorebased system of laser strain meters, laser nanobarograph, bottom station with a hydrophone and a temperature-sensitive element, weather station, and seismoacoustic radiator. The use of modern laser-interferometry methods provided a deformation sensitivity of ≈10^–10 and an atmospheric-pressure sensitivity of 10 mPa.

Стефанов Ю.П. «Метод и технология численного упруго-пластического расчета в динамической постановке» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 175-191 (2013)

Заключение. Математическое моделирование является важнейшим инструментом исследования процессов деформации, протекающих в средах под действием нагрузки. Наиболее значимой частью исследования для моделирования процесса деформирования является формулировка задачи выбор или построение определяющих соотношений. В данных соотношениях необходимо учесть важнейшие особенности поведения, присущие конкретной среде в интересующих условиях. Сложность описания поведения геоматериалов за пределом упругости состоит в том, что поверхность, ограничивающая напряженное состояние, при достижении которой начинается развитие пластической деформации, разрушение среды не является фиксированной, она меняется в ходе деформирования. В ходе развития деформации меняется не только предельная поверхность, но и соотношение между приращениями сдвиговой и объемной частей пластической деформации, т.е. направление вектора пластической деформации. Таким образом, параметры, описывающие поведение среды за пределом упругости, становятся функциями от накопленной пластической деформации и давления. Основную сложность в изучении процессов деформации составляет неоднородный, нередко локализованный характер ее развития. Необходимость рассмотрения развития процессов деформирования с учетом локализации деформации и разрушения среды делает целесообразным применение динамического подхода к описанию процесса, в том числе и для задач квазистатического нагружения. Задача разработки численных моделей, которые позволят описывать процессы деформирования в различных условиях нагружения остается актуальной. Одной из основных задач, которую позволяет решить моделирование процессов деформации является проверка гипотез о действующих условиях и строении среды. Такие исследования имеют первостепенное значение для объяснения механизмов и условий протекания геомеханических процессов, а также проверки гипотез о структуре, напряженном состоянии рассматриваемой области и предсказания дальнейшего поведения среды.

Сим Л.А., Маринин А.В. «Главные достижения полевой тектонофизики за 60 лет (1953–2013)» Современная тектонофизика. Методы и результаты. Материалы третьей молодежной школы семинара. Т. 2, с. 113-131 (2013)

Первая публикация о реконструкции тектонических напряжений по геологическим индикаторам была опубликована М.В. Гзовским в 1954 г., но работать над этой проблемой он, безусловно, начал раньше. Статья поступила в редакцию 24 августа 1953 г., поэтому смело можно считать, что полевой тектонофизике в 2013 г. исполняется уже 60 лет. Основными достижениями полевой тектонофизики за прошедший период являются как существенное расширение комплекса методов, основанных на анализе разнообразных мелких структурных форм – индикаторов тектонических напряжений, так и исследование механизмов формирования тектонических структур различного масштаба, а также проведение регионального изучения напряженного состояния почти всей территории России, стран СНГ и на многих участках в Западной Европе и других странах. Было показано, что в геологической среде, прошедшей неоднократное деформирование, при реализации перемещений по ослабленным поверхностям фиксируются вектора перемещений на плоскостях, отклоняющихся от теоретических и модельных представлений за счет неоднородности свойств среды; разработана гипотеза закономерной смены фаз в едином цикле, основанная на переиндексации осей главных нормальных напряжений в процессе непрерывного деформирования. Большое значение приобрели полевые тектонофизические исследования в решении практических задач: разработаны критерии прогноза мест локализации рудных и нерудных полезных ископаемых, прогноз локальных секторов растяжения, важных для прогноза повышенной проницаемостью на месторождениях углеводородов и прогноза участков с развитием неблагоприятных современных процессов. Полевые тектонофизические исследования широко применяются при выборе мест под строительство крупных гражданских сооружений. В последние годы в ИФЗ РАН возобновлено проведение Всероссийских тектонофизических конференций (2008, 2012 гг.) и организованы регулярные молодежные тектонофизические школы-семинары (2009, 2011, 2013 гг.). На первой организованной в постсоветское время тектонофизической конференции (2008 г.) приняли участие тектонофизики стран ближнего и дальнего зарубежья, в том числе известный европейский ученый тектонофизик, профессор Ж. Анжелье (1947–2010 гг.), по методикам которого работает сегодня большинство полевых тектонофизиков за рубежом. Эти важные события дали возможность краткого обобщения основных результатов полевых тектонофизических исследований, достигнутых за истекший период.