ГЕОМЕХАНИКА, ФЛЮИДОДИНАМИКА И СЕЙСМОЛОГИЯ
В статье приведены результаты оценки скачка плотности на границе внутреннего ядра Земли различными методами по двум группам измерений на эпицентральных расстояниях от 11 до 24 градусов. Сравнение полученных оценок скачка плотности с модельными кривыми показывает, что расширение набора данных за счёт использования амплитуды шума на интервале ожидаемого вступления PKiKP, даёт заметное снижение результирующих оценок. Показано, что оценки, полученные методом максимального правдоподобия, дают величину скачка плотности в диапазоне 0.3–0.6 г/см3. В то время как оценка только по средним значениям обнаруженных волновых форм PKiKP и РсР даёт значения порядка 0.6–0.9 г/см3.
Наилучшим результатом моделирования процесса скольжения по разлому является установление таких макроскопических параметров, контролирующих деформационный процесс, которые могут быть измерены в натурных условиях. Представляется, что наилучшим кандидатом на эту роль является динамическая жесткость разломной зоны. Эксперименты последних лет показывают, что величина этого параметра радикально снижается в процессе перехода разломной зоны в метастабильное состояние, определяет тип скольжения по разлому и может быть оценена активными и пассивными сейсмическими методами. При этом критерием подобия при лабораторном и численном моделировании является сохранение величины отношения жесткости нарушения сплошности к жесткости вмещающего массива.
Классическая задача об образовании кратера на поверхности полупространства анализируется методами численного моделирования для случая «реальных» уравнений состояния (УС) Тиллотсона и ANEOS. Выбрана простейшая модель прочности - сухое трение, ограниченное переходом от хрупкого к пластическому пределу прочности с уменьшением прочности при повышенных температурах. Показано, что такая модель прочности разрушает традиционный подход к построению законов подобия, требуя построения более сложной зависимости от скорости удара.
Работа посвящена количественной оценке амплитуды вертикальных неотектонических деформаций стратиграфическим методом в пределах западного склона Воронежской антеклизы Восточно-Европейской платформы (ВЕП) с учётом колебаний уровня мирового океана, калиброванных на реперах ВЕП. На примере западного склона Воронежской антеклизы показано, что абсолютные неотектонические деформации различных кайнозойских реперных уровней не превышают по амплитуде первые десятки метров и связаны с инверсионными восходящими движениями на северном борту Днепровской впадины. В то же время верхнемеловые пострифтовые опускания, оцененные по туронскому реперу в южной части исследуемого района, остаются некомпенсированными. В целом, рассматриваемый регион можно охарактеризовать как неотектонически стабильный.
В работе проведен анализ записей микросейсмического шума в диапазоне высоких частот на территории Восточно-Европейской платформы, которая характеризуется мощными отложениями рыхлых осадочных пород, а также высоким уровнем антропогенных помех. С помощью кросс-корреляции сейсмических шумов показано, что для группы «Михнево» характерно присутствие как объемных, так и поверхностных волн. Для группы «Ростов» основной вклад в микросейсмический шум вносят поверхностные источники, обусловленные влиянием вблизи расположенного водохранилища.
Приведены основные результаты сейсмического мониторинга площадки Ростовской АЭС, проведенного малоапертурной группой ИДГ РАН в 2016 году. Описаны условия размещения, характеристика аппаратуры и конфигурация группы. Чувствительность группы в конкретных условиях установки обеспечивала регистрацию сейсмических событий с магнитудой 3 на расстояниях до 300 км; с магнитудой 1 на расстоянии 60 км от центрального датчика группы. Показано, что детальный анализ слабой сейсмичности с помощью малоапертурной группы возможен, но требует длительных наблюдений.
В статье рассматриваются скачкообразные изменения уровня безнапорного водоносного горизонта, приуроченного к карбонатному коллектору трещинно-порового типа, которые не связаны с техногенными помехами и градиентом атмосферного давления. Выделенные подъемы и снижения уровня с амплитудами до 28 мм приурочены преимущественно к границам зон интенсивной трещиноватости водовмещающих пород и подтверждают наличие магистральных микротрещин. Полученные данные использованы для анализа анизотропии фильтрационной свойств флюидонасыщенного коллектора.
В процессе добычи углеводородов в прискважинном пространстве пласта возникают различного рода напряжения и деформации, которые оказывают значительное влияние на его фильтрационные свойства. Цель исследования состояла в изучении зависимости фильтрационных свойств низкопроницаемой пористой породы от приложенного внешнего давления. Была проведена серия опытов по измерению проницаемости модельных образцов керна при различных давлениях обжатия, результаты эксперимента сопоставлены с существующими моделями стресс-зависимой проницаемости. Показано что на основании сопоставления модели с данными опыта можно судить о структуре порового пространства и характере проницаемости.
Экспериментальной моделью сланцевого пласта выбран углеводородный материал - полиметилметакрилат (оргстекло). В экспериментальной модели разрыв сланцевого пласта имитировался щелью, организованной в оргстекле. Щель продувалась потоком газа. Скорость потока измерялась опытным путем. Зафиксированы значения скоростей потока, испарение и унос массы материала с поверхности щели.
Приведены результаты анализа совместных вариаций электрического поля и метеопараметров атмосферы при прохождении холодных атмосферных фронтов по данным Геофизической обсерватории (ГФО) «Михнево» и Центра геофизического мониторинга г. Москвы ИДГ РАН за период наблюдений с 2010 по 2016 гг. Получена эмпирическая зависимость между амплитудой вариаций напряженности электрического поля, изменением и скоростью изменения температуры в результате прохождения атмосферного фронта в отсутствие сильной облачности и грозовых явлений. Разработана эмпирическая модель влияния холодных атмосферных фронтов на вариации электрического поля. Модель предполагает изменение пространственного распределения электрических зарядов в приземном слое атмосферы в результате интенсификации движения воздушных масс в переходной зоне атмосферного фронта.
Выполнен комплексный анализ микробарических пульсаций, вариаций электрического поля и микросейсмического фона в условиях г. Москвы в период сильных возмущений атмосферы. Показано, что ураганы и шквалы сопровождаются не только высокими скоростями ветра, но также высокоамплитудными микробарическими вариациями, вариациями амплитуд микросейсмического фона и вертикальной компоненты электрического поля. Установлено, что рассматриваемые сильные возмущения атмосферы за 1-4 часа предваряются повышенными амплитудами микробарических вариаций в диапазоне частот Брента-Вяйсаля, а также низкочастотными вариациями электрического поля и вариациями микросейсмического фона в диапазоне частот 0.008-20 Гц, что в совокупности с метеорологическими параметрами можно рассматривать в качестве комплексного прогностического признака приближающегося урагана (шквала). Такой подход может повысить надежность и оперативность прогноза.
Приведены оценки количества тепла Земли, выделяемого в период ее роста (первые 100 млн лет существования) при радиоактивном распаде короткоживущих 26Al, 60Fe и долгоживущих 238U, 235U, 232Th, 40K. Оценки проведены для двух наиболее правдоподобных групп моделей состава Земли: геохимической (за основу взят состав углистых хондритов) и космохимической (основа - состав энстатитовых хондритов).
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГЕОСФЕРАХ
Представлены результаты численного моделирования начальной стадии разлета плазменной струи с параметрами, аналогичными активным экспериментам КУМУЛЮС и ФЛАКСУС. Рабочее вещество плазмы и кинематические характеристики плазменной струи определяются конструкцией и параметрами генератора ВГПС-1 ИДГ РАН. Параметры среды соответствуют земной атмосфере на высотах 80 и 140 км. Впервые выполнена оценка влияния процессов переноса излучения на параметры расширяющегося плазменного образования на стадии инжекции. Показано, что перенос излучения значительно изменяет характеристики воздушной плазмы и его необходимо учитывать при интерпретации экспериментальных данных.
На основе данных из современных литературных источников и собственных квантовомеханических расчетов составлен банк данных по спектроскопическим характеристикам компонент алюминиевой плазмы в широком диапазоне величин газодинамических параметров. Рассчитаны таблицы коэффициентов поглощения, групповые и полные росселандовы и планковские пробеги излучения в диапазоне плотностей от 10-5 кг/м3 до 100 кг/м3 и температур от 0.3 кК до 50 кК. Составленные таблицы радиационных свойств алюминиевой плазмы использовались при численном моделировании активных геофизических экспериментов с выбросом горячей алюминиевой струи в ионосфере.
В работе предложена и обосновывается гипотеза, объясняющая сильное различие в степени ионизации высокоскоростной плазменной струи при инжекции в разреженную ионосферу и в искусственное воздушное облако в эксперименте «Северная звезда». Подчеркивается роль малых примесей (молекул и кластеров воды, продуктов их диссоциации) и ультрафиолетового излучения плазменной струи в предварительной ионизации фона. Основным механизмом поддержания высокой степени ионизации струи может оказаться обмен зарядом между нейтральным алюминием струи и заряженными частицами фона. Высокая скорость струи обеспечивает близость сечения обмена зарядом к максимуму сечения нерезонансной перезарядки.
В статье предложен метод верификации прогностических моделей нижней ионосферы по данным регистрации собственных частот Шумановских резонансов и их сопоставлению с расчетными данными. Расчеты собственных частот выполняются в трехмерной геометрии с неоднородным заполнением волновода земля-ионосфера слабоионизованной столкновительной плазмой. Представлены результаты для двух различных моделей нижней ионосферы для спокойных геофизических условий.
В работе представлены результаты мониторинга собственных частот Шумановского резонатора в ГФО «Михнево» во время солнечных рентгеновских вспышек Х-класса в сентябре 2017 года. Две вспышки (Х8.3 и Х9.4) имели близкую продолжительность, различаясь по энергии в 2 раза. Сдвиг собственных частот резонатора был зарегистрирован только в одном случае. Полученные результаты и их сравнение с теоретическими моделями показали необходимость учета в прогностических моделях не только балла (мощности) вспышки, но и ее интегральной энергетики.
В статье представлены результаты анализа алгоритмов решения навигационной задачи в условиях регистрации сигналов глобальных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС в ГФО «Михнево». Показано, что в классическом алгоритме выбор спутников из наблюдаемого созвездия должен вестись не по критерию высоты над горизонтом, а по числу обусловленности матрицы навигационной задачи. Применение адаптивных итерационных алгоритмов позволяет практически полностью компенсировать геофизические возмущения при сохранении двухчастотного режима. Предложена модификация штатного алгоритма позиционирования в ГНСС.
В работе анализируются разбросы (ошибки) в оценке на основе экспериментальных данных по трём частотам показателей степени флуктуационного спектра. Расхождения в оценках по парам частот объясняются различными путями прохождения ионосферы сигналами на разных частотах. Временные зависимости этих разбросов отражают пространственно-временные неоднородности флуктуаций, не описываемые степенными спектрами турбулентности. Проведённый фрактальный анализ данных ошибок позволяет выявить характерные масштабы и ориентацию тех структур,которые формируют ионосферный спектр флуктуаций, генерирующих ошибки GPS связи.
В статье представлены результаты численного моделирования максимально применимых частот КВ диапазона в условиях изменения геомагнитного поля. Возмущения ионосферы, вызванные изменением геомагнитного поля, сказываются на распространении КВ радиоволн в Восточно-Сибирском секторе РФ. Наиболее критичными результатами являются: изменение интервалов доступности для работы в моде 1F2 и изменение частотных диапазонов для мод слоя Е, во многом определяющих помеховую обстановку в КВ диапазоне. Эффект хорошо наблюдается при сильно возмущённых условиях (Kp = 7) и остаётся заметен даже при Kp = 4 на длинных трассах, проходящих через Арктическую область.
Проведено экспериментальное исследование возможности фокусировки лазерного излучения с длиной волны 0.65 мкм сквозь рассеивающую суспензию полистироловых микросфер диаметром 1 мкм, взвешенных в дистиллированной воде, с использованием биморфного адаптивного зеркала. Для измерения локальных наклонов вектора Пойнтинга рассеянного излучения применялся датчик Шака-Гартмана, интенсивность и размер фокального пятна в дальней зоне регистрировались с использованием ПЗС-камеры. Выполнен сравнительный анализ эффективности фокусировки рассеянного лазерного пучка с использованием 3 методик: минимизации смещений фокальных пятен на датчике Шака-Гартмана, оптимизации фокуса алгоритмом «восхождения на холм» с использованием датчика Шака-Гартмана и оптимизации фокуса алгоритмом «восхождения на холм» по интенсивности фокального пятна в дальней зоне.
ISSN 2949-0995 (Online)