Теорія і методологія комплексної геодинамічної інтерпретації даних геофізичного моніторингу небезпечних геологічних процесі

8. Отримані оцінки ефективних термопружних постійних моделі лерцоліту для різних глибин океанічної верхньої мантії, які знаходяться в задовільному узгодженні з даними експериментальних досліджень швидкостей пружних хвиль ультраосновних порід офіолітової формації і польовими сейсмічними дослідженнями. Аналіз термічних напруг і локальних девіаторних термопружних напруг на односпрямовано орієнтованих зернах енстатиту показав, що в текстурованих агрегатах можливі термопружні ефекти, пов'язані з неоднорідністю текстури за об'ємом, тобто "текстурні" теплові напруги. Їх релаксація може викликати інтенсивні пластичні деформації при відсутності зовнішніх зсувних напруг. Розглянутий випадок є одним з яскравих прикладів для ілюстрації структурної та геодинамічної самоорганізації процесів у надрах Землі.

9. Запропоновано новий метод чисельних розрахунків ефективних нелінійних пружних постійних мікротріщинуватого геологічного середовища із урахуванням фізичної та геометричної нелінійності. Проведені розрахунки ефективних пружних постійних третього порядку багатокомпонентних мікротріщинуватих геологічних середовищ без будь-яких обмежень на концентрацію тріщин. Вперше досліджено вплив різних форматів сухих і водонасичених мікротріщин на пружні постійні третього порядку. При цьому показано, що відносно невелика щільність мікротріщин суттєво впливає на нелінійні пружні постійні геологічного середовища. Зокрема, при зміні концентрації мікротріщин формату =10-3-10-4 величини нелінійних пружних постійних . змінюються на багато порядків. Таким чином, геологічні середовища, які містять насичені мікротріщини формату =10-3-10-4, є сильно нелінійними середовищами.

10. Вперше вивчені акустопружні ефекти в тріщинуватому геологічному середовищі із початковими напругами, які проявляються:

а) в азимутальній залежності фазових і променевих швидкостей хвиль повздовжньої і поперечної поляризації; тобто анізотропія швидкостей пружних хвиль;

б) у відхиленні векторів пружних переміщень і векторів променевої швидкості хвиль повздовжньої і поперечної поляризації від напрямку хвильової нормалі; наявність різниці між фазовими і променевими швидкостями;

в) у розщепленні хвиль поперечної поляризації.

11. Розроблено універсальний метод статистичного моделювання геофізичних даних, який дозволяє на основі статистично визначеної кореляційної функції експериментальних даних та відповідних їм спектральних коефіцієнтів згенерувати реалізації процесів та полів, що досліджуються на мережі будь-якої детальності та регулярності. Це дає змогу створити основу для прогнозу розвитку небезпечних геологічних процесів та їх поведінки з глибиною, за часом та в просторі.

12. Розроблена технологія сейсмоакустичної діагностики небезпечних природних і техногенних процесів і створений алгоритм її практичної реалізації.

13. Проведено експериментальні моніторингові дослідження густини крейдяної товщі і товщі дисперсних ґрунтів на проммайданчику Рівненської АЕС, що підтвердило високу надійність розроблених методик прогнозування цих характеристик в проміжках та поза межами мережі спостережень.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Вижва С.А., Онищук І.І., Храпак В.В. Дослідження екологічного стану та особливостей техногенних забруднень території дендропарку "Олександрія" // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 1995. - Вип. 13. - С. 60-65.

2. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Пружні постійні і анізотропія об`ємних пружних хвиль вулканітів Карпат // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 1996. - Вип. 14. - С. 83-96.

3. Бабич І.Л., Веклич А.М., Вижва С.А., Чередарчук А.І. Проблеми обмеження забруднення атмосфери парниковими газами антропогенного походження у зв'язку з виконанням міжнародних зобов'язань України // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 1998. - №15. - С. 4-9.

4. Продайвода Г.Т., Александров К.С., Вижва С.А., Назаренко Л.В. Метод расчета эффективных упругих постоянных в анизотропных микротрещиноватых горных породах // Геология и геофизика. - 2000. - Т. 41, №3. - С. 436-449.

5. Маслов Б.П., Продайвода Г.Т., Выжва С.А. Математическое моделирование анизотропии скорости распространения упругих волн в трещиноватой геологической среде // Геофиз. журн. - 2000. - Т. 22, №2. - С. 27-38.

6. Маслов Б.П., Продайвода Г.Т., Выжва С.А. Математическое моделирование влияния давления и температуры на скорость распространения упругих волн в трещиноватых горных породах // Геофиз. журн. - 2000. - Т. 22, №3. - С. 113-118.

7. Продайвода Г.Т., Хорошун Л.П., Выжва С.А., Назаренко Л.В. Математическое моделирование азимутальной анизотропии термоупругих свойств океанической верхней мантии // Известия РАН. Физика Земли. - 2000. - №5. - С. 48-60.

8. Prodayvoda G.T., Vyzhva S.A. Invariant-polarizing acoustic method of the definition of an elastic constant of rocks // Matherials of X Session of the Russian Acoustical Society. - Moscow, 2000. http://www.akin.ru/Rao/sess10/sect5ge.htm.

9. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Анізотропія пружних і акустичних властивостей осадових порід Лисівської глибокої свердловини // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2000. - Вип. 16. - С. 52-62.

10. Вижва С.А., Вижва З.О. Про один метод статистичного моделювання періодичних стаціонарних випадкових процесів при вирішенні геологічних задач // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2000. - Вип. 17. - С. 56-59.

11. Продайвода Г.Т., Александров К.С., Выжва С.А. Исследование упругих постоянных гранитоидов и анизотропии распространения объемных упругих волн в них // Геофиз. журн. - 2001. - Т. 23, №2. - С. 31-54.

12. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Проблеми геофізичного моніторингу небезпечних природних і техногенних явищ // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2001. - Вип. 19. - С. 8-15.

13. Вижва С.А., Кожан О.М. Методи визначення структури пустотного простору та їх застосування для вирішення завдань промислової геофізики, інженерної геології, геоекології // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2002. - Вип. 22. - С. 134-139.

14. Вижва С.А., Вижва З.О. Застосування статистичного моделювання двовимірних випадкових полів у задачах геофізичного моніторингу екологічного стану територій // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2002. - Вип. 23. - С. 9-13.

15. Вижва С.А. Геофізичний моніторинг як складова загальної системи моніторингу довкілля // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2002. - Вип. 24. - С. 63-66.

16. Вижва С.А., Вижва З.О. Про застосування статистичного моделювання випадкових полів з нерівномірною решіткою інтерполяції до задач геофізики // Геоінформатика. - 2002. - №4. - С. 35-40.

17. Вижва С.А., Винниченко О.Б. Застосування ймовірнісних методів аналізу для визначення ризику потенційно небезпечних об`єктів // Збірн. праць УкрДГРІ. - 2003. - №1. - С. 55-59.

18. Вижва С.А., Безродна І.М. Визначення структури пустотного простору складнопобудованих геологічних середовищ при вирішенні задач промислової геофізики та геофізичного моніторингу небезпечних геологічних процесів // Геоінформатика. - 2003. - №1. - С. 55-63.

19. Вижва С.А., Онищук І.І., Безродний Д.А. Екогеофізичний моніторинг міських агломерацій // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2003. - №25. - С. 71-75.

20. Продайвода Г.Т., Маслов Б.М., Вижва С.А. Сейсмоакустична діагностика небезпечних природних і техногенних процесів // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2003. - Вип. 26. - С. 5-7.

21. Вижва С.А., Вижва З.О. Про застосування статистичного моделювання тривимірних випадкових полів у задачах геофізичного моніторингу екологічного стану територій // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2003. - Вип. 26. - С. 7-10.

22. Вижва С.А., Вижва З.О. Застосування в геології статистичного моделювання періодичних випадкових процесів // Геоінформатика. - 2003. - №2. - С. 46-51.

23. Вижва С.А. Геофізичний моніторинг небезпечних природних та техногенних процесів на початку ХХІ століття // Вісн. Київ. ун-ту. Геологія. - 2003. - Вип. 27. - С. 73-80.

24. Вижва С.А., Кожан О.М. Проблеми геофізичного моніторингу великих промислових агломерацій // Геофиз. журн. - 2004. - Т. 26, №1. - С. 80-86

25. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Проблеми комплексної геодинамічної інтерпретації даних геофізичного моніторингу природних і техногенних процесів // Доповіді НАН України. - 2004. - №3. - С. 121-127.

26. Вижва С.А., Безродна І.М. Оцінка структури пустотного простору кристалічних порід-колекторів за даними акустичних методів // Мінеральні ресурси України. - 2004. - №2. - С. 38-42.

27. Бабич І.Л., Веклич А.М., Вижва С.А., Чередарчук А.І. Роль нафтогазового комплексу у вирішенні проблеми обмеження забруднення атмосфери парниковими газами антропогенного походження // Вісник Українського Будинку економічних та науково-економічних знань. - 1998. - №7. - С. 11-12.

28. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Математичне моделювання геофізичних параметрів: Навчальний посібник. - К.: ВЦ "Київський університет", 1999. - 112 с.

29. Voloshchuk V.M., Belyavskii A.V., Vyzhva S.A. The semi-empirical model of influence of ozone variability on ultraviolet climate of the Ukraine // Annals Geophysical. - 1999. - V. 17S, Part II.

30. Вижва С.А., Вижва З.О. Статистичне моделювання періодичних стаціонарних випадкових процесів при вирішенні геологічних задач // Матеріали наукової конференції професорсько-викладацького складу геологічного факультету. - К., 1999. - С. 44-45.

31. Вижва С.А., Кожан О.М. Програмно-апаратний комплекс обробки графічної інформації і його використання для вирішення задач промислової геофізики // Матеріали наукової конференції професорсько-викладацького складу геологічного факультету 13-14 травня 1999 р. - К., 1999. - С. 58-59.

32. Вижва С.А., Черніговцева О.Б.Сучасні підходи до оцінки сейсмічної небезпеки при будівництві потенційно небезпечних промислових об'єктів // Матеріали Науково-технічної конференції "Будівництво в сейсмічних районах України". - Ялта, 1999. - С. 71-72.

33. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Нова наукова парадигма геофізичного моніторингу геодинаміки земної кори //. Матеріали наукової конференції професорсько-викладацького складу геологічного факультету ."Актуальні проблеми геології України" - К., 2000. - С. 74-75.

34. Вижва С.А., Вижва З.О. Статистичне моделювання однорідних та ізотропних випадкових полів при вирішенні географічних задач // Україна та глобальні процеси: географічний вимір: - К. - Луцьк: Вежа, 2000. - Т.2. - С. 99-102.

35. Voloshchuk V.M, Belyavskii A.V., Boychenko S.G., Vyzhva S.A. Semi-empirical statistical model of the ultraviolet irradiation of territory of the Ukrain // Matherials of 25th General Assembly European Geophysical Society. - Nice, 2000. - http: // www. copernicus. org/EGS/egsga/nice00/programme/ abstracts/aac3227.pdf.

36. Продайвода Г.Т., Вижва С.А. Проблеми геофізичного моніторингу небезпечних природних і техногенних явищ // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції "Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища". - К., 2000. - С. 6-7.

37. Вижва С.А. Черніговцева О.Б. Національна сейсмічна система як частина геофізичного моніторингу навколишнього середовища // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції "Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища". - К., 2000. - С. 24-26.

38. Вижва С.А. Геофізичний моніторинг небезпечних природних і техногенниї процесів // Материалы совещания "Проблемы инженерной защиты Черного и Азовского морей и пути их разрешения". Ялта, 2003. - С. 69-78.

39. Продайвода Г.Т., Вижва С.А., Жукова Л.А. Акустичний моніторинг карстово-суфозійних процесів //. Матеріали наукової конференції професорсько-викладацького складу геологічного факультету "Актуальні проблеми геології України". - К., 2001. - С. 65.

40. Вижва С.А., Дейнеко С.І., Іванченко К.П. Моніторинг фізичних властивостей ґрунтів радіоізотопними методами // Тези доповідей ІV Міжнародної наукової конференції "Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища". - К.: ВГЛ "Обрії", 2003. - С. 123-124.

Анотація

Вижва С.А. Теорія і методологія комплексної геодинамічної інтерпретації даних геофізичного моніторингу небезпечних геологічних процесів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора геологічних наук за спеціальністю 04.00.22 - геофізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2004.

Дисертація присвячена розробці теорії та методології комплексної геодинамічної інтерпретації даних геофізичного моніторингу небезпечних геологічних процесів на основі нелінійної багатокомпонентної анізотропної моделі тріщинуватого геологічного середовища. Проведено аналіз сучасного стану та попередження розвитку небезпечних геологічних процесів на території України та розроблені підходи щодо комплексної геодинамічної інтерпретації даних на основі методів геофізичної томографії, запропоновано технологію сейсмоакустичного моніторингу. На основі узагальненого методу умовних моментних функцій проведено математичне моделювання акустичних і пружних характеристик багатокомпонентного геологічного середовища із довільною функцією орієнтації тріщин (модель "пісковик") та анізотропною матрицею (модель "амфіболіт"). Розроблено метод числових розрахунків ефективних термопружних властивостей багатокомпонентного анізотропного тріщинуватого середовища. Проведено моделювання впливу тиску і температури на швидкості пружних хвиль (модель "перидотит") та математичне моделювання термопружних властивостей океанічної верхньої мантії. Проведено моделювання ефективних нелінійних пружних постійних тріщинуватого кварцевого пісковику з різними параметрами наповнення пустот. Досліджено акустопружні ефекти в геологічному середовищі та поширення пружних хвиль в середовищі з початковими напругами. Розроблено методи застосування статистичного моделювання випадкових процесів і полів для вирішення проблеми визначення прогнозних параметрів при неповній мережі геофізичних спостережень. Проведено дослідження стану та прогноз розвитку до 2006 року карстово-суфозійних процесів на території проммайданчика Рівненської АЕС.

Ключові слова: небезпечні геологічні процеси, геофізичний моніторинг, математична модель, пружні властивості, тиск, температура, анізотропія, статистичне моделювання, карст.

Аннотация

Вижва С.А. Теория и методология комплексной геодинамической интерпретации данных геофизического мониторинга опасных геологических процессов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора геологических наук по специальности 04.00.22 - геофизика. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2004.

В диссертации разработана теория и методология комплексной геодинамической интерпретации данных геофизического мониторинга опасных геологических процессов, которая базируется на многокомпонентной нелинейной анизотропной модели трещиноватой геологической среды. Осуществлена оценка современного состояния мониторинга окружающей природной среды в Украине и выполнена обобщенная характеристика возможностей применения геофизических методов для исследования опасных геологических процессов и экологического состояния среды. Отмечается, что при разработке стратегии прогнозирования состояния окружающей среды Украины необходимо учитывать эволюционную и антропогенную составляющую. Обоснован и предложен новый методологический и теоретический подход к проблеме комплексной интерпретации данных геофизического мониторинга опасных природных и техногенных процессов. При этом геологическая среда рассматривается не только как носитель материальной субстанции, но и геодинамических процессов и геофизических полей (внутренних и внешних). Естественный атрибут геологической среды - ее напряженно-деформированное и термоупругое состояние и определенный геодинамический флюидный режим. Эффективные физические свойства геологической среды определяются его структурой и составом, микро- и макротрещиноватостью, напряженным состоянием и температурой, флюидным режимом. Приведен алгоритм практической реализации технологии сейсмоакустической диагностики опасных естественных и техногенных процессов. Разработан обобщенный метод условных моментных функций для числовых расчетов эффективных упругих постоянных многокомпонентной анизотропной геологической среды с любой произвольной функцией распределения ориентации компонент. Проведен анализ анизотропии эффективных упругих постоянных и параметров анизотропии упругих волн продольной и поперечной поляризации геологической среды с разными системами трещин и анизотропной матрицей для моделей песчаника и амфиболита.. В частности установлено, что системы трещиноватости можно успешно различать с помощью стереопроекций изолиний равных значений коэффициентов дифференциальной анизотропии по количеству и пространственному расположению продольных нормалей и акустических осей, с помощью интенсивных поляризационных эффектов волн продольной и поперечной поляризации. Установлено, что общее влияние кристаллографической ориентации и систем микротрещин приводит к разным типам упругой симметрии. Прямая корреляционная связь между коэффициентом акустической анизотропии и коэффициентом трещинной пористости отсутствует. Полную реконструкцию пространственной упорядоченности структурных элементов текстуры горных пород по данным ультразвуковых исследований образцов горных пород можно осуществить с помощью анализа стереопроекций указательных поверхностей параметров анизотропии упругих волн: индикатрис фазовых и лучевых скоростей, различий между "быстрой" и "медленной" скоростями волн поперечной поляризации, углов сноса упругой энергии волны. Разработан новый численный метод определения зависимости эффективных термоупругих постоянных горных пород от давления и температуры. Полученные путем инверсии зависимости скорости волн продольной поляризации от давления и температуры для образца перидотита данные о структуре пустотного пространства удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами. Получены оценки эффективных термоупругих постоянных модели лерцолита для разных глубин океанической верхней мантии. Анализ термических напряжений и локальных девиаторных термоупругих напряжений на однонаправленно ориентированных зернах энстатита показал, что в текстурованных агрегатах возможны термоупругие эффекты, связанные с неоднородностью текстуры по объему, то есть "текстурные" тепловые напряжения. Их релаксация может вызвать интенсивные пластические деформации при отсутствии внешних сдвижных напряжений. Предложен новый метод численных расчетов эффективных нелинейных упругих постоянных микротрещиноватой геологической среды с учетом физической и геометрической нелинейности. Проведены расчеты эффективных упругих постоянных третьего порядка многокомпонентных микротрещиноватых геологических сред без любых ограничений на концентрацию трещин. Исследовано влияние разных форматов сухих и водонасыщенных микротрещин на упругие постоянные третьего порядка. При этом показано, что относительно небольшая плотность микротрещин существенно влияет на нелинейные упругие постоянные геологической среды. В частности, при изменении концентрации микротрещин формата =10-3-10-4 величины нелинейных упругих постоянных изменяются на много порядков.

Изучены акустоупругие эффекты в трещиноватой геологической среде с начальными напряжениями. Установлены следующие акустоупругие эффекты: азимутальная зависимость фазовых и лучевых скоростей волн продольной и поперечной поляризации; отклонение векторов упругих перемещений и векторов лучевой скорости волн продольной и поперечной поляризации от направления волновой нормали; наличие разности между фазовыми и лучевыми скоростями; расщепление волн поперечной поляризации. Разработан универсальный метод статистического моделирования геофизических данных, что разрешает на основе статистически определенной корреляционной функции экспериментальных данных и соответствующих им спектральных коэффициентов сгенерировать реализации процессов и полей, которые исследуются, на сетке любой детальности и регулярности. Проведено исследование состояния и сделан прогноз развития до 2006 року карстово-суффозионных процессов на территории промплощадки Ровенской АЭС.

Ключевые слова: Опасные геологические процессы, геофизический мониторинг, математическая модель, упругие свойства, давление, температура, анизотропия, статистическое моделирование, карст.

Summary

Vyzhva S.A. Theory and methodology of the complex geodynamic interpretation of the geophysical monitoring data of dangerous geological processes. - the Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by of geological sciences on a specialty 04.00.22 - geophysics. Taras Shevchenko National University of Kiev, Kiev, 2004.

Keywords: dangerous geological processes, geophysical monitoring, mathematical model, anisotropy, elastic properties, statistical modeling, karst.

The thesis is devoted to the theory and methodology development of complex geodynamic interpretation of the geophysical monitoring data of dangerous geological processes on the basis of the fractured geological environment nonlinear multicomponent anisotropic model. The analysis of dangerous geological processes of current state and the evolution prevention on the territory of Ukraine is provided and approaches concerning complex geodynamic interpretation of the data are developed on the basis of a geophysical tomography methods, the technology of seismic-acoustic monitoring is suggested. The mathematical modeling of acoustic and elastic characteristics of the multicomponent geological environment with cracks orientation arbitrary function (sandstone model) and an anisotropic matrix (amphibolites model) is developed on the basis of the generalized method of imaginary moment functions. The method of numerical computation of multicomponent anisotropic fractured environment an effective thermoelastic properties is developed. Modeling of pressure and temperature effect on speed of elastic waves (peridotite model) and thermoelastic characteristics of an oceanic top mantle mathematical modeling are performed. Modeling of effective nonlinear elastic constants of fractured quartz sandstone with different parameters of interstices filling is performed. Acoustically elastic effects in the geological environment and distributions of elastic waves in the environment with initial pressure are investigated. Methods of statistical modeling application of random processes and fields for the problem decision of predication parameters definition with an incomplete network of geophysical supervision are developed. Research of a state and the forecast of karst-suffosion processes evolution on the Rivne Nuclear Power Plant site till 2006 is performed.

Key words: dangerous geological processes, geophysical monitoring, mathematical model, elastic properties, pressure, temperature, anisotropy, statistical modeling, karst

Размещено на Allbest.ru