А.А. Добрынина1, 2, В.А. Саньков1, 2, С.А. Король1, Н.В. Кичигина3, А.А. Рыбченко1 1Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия 2Институт динамики систем и теории управления им. В.М. Матросова СО РАН, Иркутск, Россия 3Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, Иркутск, Россия
Проведен анализ вариаций микросейсмических шумов,
генерируемых р. Кынгарга (Тункинская долина) в спокойном состоянии и при
значительных подъемах воды, на основе данных короткопериодной сейсмической
станции «Аршан», наблюдений за количеством атмосферных осадков и колебаниями
уровня воды на гидрологическом посту на реке Кынгарга, расположенными выше по
течению. В работе использовались методы корреляционного, спектрального,
спектрально-временного и поляризационного анализов. Микросейсмические
колебания, зарегистрированные на станции Аршан, не стабильны во времени и имеют
значительные вариации, связанные с сезоном. В теплые периоды при таянии
ледового покрова и увеличении уровня воды в реке наблюдается усиление
сейсмических колебаний в области частот от 2 до 20 Гц. Выпадение обильных
жидких атмосферных осадков и следующий за ним значительный подъем уровней воды
в реке Кынгарга (паводки) приводят к изменению амплитудно-частотного состава
микросейсмических шумов – усилению колебаний в частотном диапазоне от 4 до 20
Гц с максимумом излучения в области частот 6–10 Гц. Для разных событий это
увеличение значительно варьируется и зависит от величины подъема уровня.
Изменение амплитудно-частотного состава микросейсмических колебаний в летний
период относительно зимнего, а также при паводках происходит в результате
увеличения турбулентности потока при возрастании скорости течения, расходов
воды и наносов. Диаграммы движения частиц в среде в спокойном состоянии и при
паводках не показывают какой-либо доминирующей ориентации колебаний, что
связано с протяженностью источника колебаний, представляющего собой все русло
реки.
Чайка И.Ф. 1,2, Изох А.Э.1,3, Сотникова И.А.4, Алымова Н.В.4, Колотилина Т.Б. 4, Каримов А.А.5, Щербаков В.Д.6, Лобастов Б.М.7 1 Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН, Новосибирск, Россия , 2Институт экспериментальной минералогии им. Д.С.Коржинского РАН, Черноголовка, Россия 3.Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия 4Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, Иркутск, Россия 5Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия 6Московский государственный университет, Москва, Россия 7Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий. Красноярск, Россия
Билибинский массив – мезозойская интрузия, расположенная в юго-восточной части Алданской высококалиевой магматической провинции Алдано-Станового щита Сибирской платформы. Массив состоит из щелочно-мафит-ультрамафитовой и гранит-сиенитовой фаз, образующих концентрическую структуру, в которой от периферии к центру породы становятся более кислыми. Ранее высказывались точки зрения, что эти фазы являются продуктами дифференциации различных родоначальных магм либо относятся к единой лампроитовой серии. В данном исследовании рассмотрена представительная коллекция образцов пород Билибинского массива: флогопитовые клинопироксениты, мелашонкиниты, шонкиниты, щелочные сиениты, кварцевые сиениты, граниты. На основании минералого-петрографических, геохимических и изотопно-геохимических данных показано, что к серии дифференциации лампроитовой магмы относятся породы от клинопироксенитов до шонкинитов и, возможно, щелочные сиениты, образующие первую фазу. Кварцевые сиениты и граниты, образующие вторую фазу, выделяются в самостоятельную серию. По геохимическим данным и изотопному составу Nd, Sr и O в кварцевых сиенитах и гранитах, магмы, сформировавшие породы гранит-сиенитовой серии, имели скорее нижнекоровый, чем литосферный мантийный источник. Их образование могло быть связано как с плавлением коры в ходе мантийного магматизма, так и с мезозойскими коллизионными событиями на южной окраине Сибирской платформы. Набор пород лампроитовой серии позволяет рассматривать ее как пример полной дифференциации мантийного лампроитового расплава, в котором представлены стадии котектической кристаллизации: оливина + хромита, оливина+ клинопироксена + хромита, оливина + клинопироксена + флогопита, клинопироксена + флогопита + лейцита, клинопироксена + флогопита + калиевого полевого шпата. Локальный анализ элементов-примесей в клинопироксене, флогопите, лейците и апатите позволил оценить коэффициенты фракционирования этих элементов в системе минерал-расплав.
Изучен основной состав поровых растворов гидротермальных глин, образующих протяженные и мощные толщи на термальных полях Паужетского геотермального месторождения. В вертикальных разрезах толщи гидротермальных глин выделено две зоны, отличающиеся физико-химическими характеристиками, составами и условиями формирования поровых растворов. Показана решающая роль рН в изменении макрокомпонентного состава растворов в зависимости от глубины разреза. Сделан вывод о формировании поровых растворов в результате прямого воздействия на матрицу гидротермальных глин инфильтрационных глубинных термальных вод, при котором происходят процессы перераспределения элементов между породой и контактным раствором. Наряду с общими закономерностями выявлены существенные отличия в условиях формирования состава поровых растворов на Верхне- и Восточно-Паужетском термальных полях, что определяется геологической обстановкой и гидрогеохимическим режимом конкретных участков геотермального месторождения.
Г.И. Долгих1, М.А. Болсуновский1,2, С.С. Будрин1 1Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Россия
2Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия
Ключевые слова: лазерный деформограф, планетарная лазерно-интерферометрическая обсерватория, сейсмический сигнал, определение места возникновения сейсмического сигнала
В статье приведено краткое описание системы пространственно-разнесённых лазерных деформографов, установленных стационарно на м. Шульца Приморского края, на м. Свободный о. Сахалина, в подземном руднике вблизи г. Краснокаменска, Забайкалье, объединённых системой точного времени в единую сеть. В комплексе данная система представляет собой восточную часть планетарной лазерно-интерферометрической сейсмоакустической обсерватории, в которую дополнительно входят лазерные деформографы, расположенные в западной части России. В работе обсуждается методика определения места возникновения сигнала, зарегистрированного последовательно этими лазерными деформографами. Использование результатов определения места возникновения сигнала и полученных данных двухкоординатного лазерного деформографа позволяет восстановить не только место происхождения зарегистрированных сигналов, но и определить его амплитуду в каждом пункте измерения, величину сигнала в месте его генерации, расходимость и затухание на трассах распространения от источника до приёмников.
В.В. Сказка, М.В. Курленя, А.В. Азаров, А.С. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия vskazka@gmail.com
Ключевые слова: Породный массив, сейсмический мониторинг, горная выработка, туннель, контроль состояния горных пород, поверхностные волны, фазовые скорости распространения
Страницы: 3-11
Представлен один из методов обнаружения и контроля параметров низкоскоростных породных включений в окрестностях туннелей и выработок, использующий рассчитанные фазовые скорости поверхностных волн. В качестве исходных данных взяты синтетические сейсмограммы, полученные путем численного моделирования распространения сейсмических волн вдоль горной выработки в радиально-симметричной постановке. Показано, что перекрытие низкоскоростного включения слоем пород с повышенной скоростью сейсмических волн не препятствует его локализации предложенным способом. На основе наблюдения фазовых скоростей распространения поверхностных сейсмических волн возможно оценивать состояние массива горных пород в окрестности подземных сооружений, что является значимым результатом с практической точки зрения.
Б.З. Амусин
Retired, Нью-Йорк, США amusinbo@gmail.com
Ключевые слова: Классификации массива горных пород, масштабные факторы, ползучесть, механические характеристики массива, фрактальный анализ
Страницы: 12-36
Рассмотрены ограничения традиционных методов классификации массивов горных пород. Предложена модификация условия прочности Хука - Брауна, в котором прочность на сжатие массива горных пород представлена в явном виде. Подход к оценке этой прочности сделан на основе обобщения результатов экспериментов Кима на моделях блочных структур из эквивалентных материалов. Описан подход для определения масштабных факторов прочности, модуля деформации, ползучести и угла внутреннего трения массива горных пород. Введена постоянная ползучести и получены корреляционные зависимости для ее нахождения для четырех типов пород. Установлено, что отношение смещений на контуре выработки к смещениям в зоне пластических деформаций может быть аппроксимировано функцией, зависящей только от угла внутреннего трения. Эта концепция использована для вычисления угла внутреннего трения породного массива на основе анализа полевых измерений. Выдвинуты две гипотезы и сделана попытка их обоснования. Гипотеза A предполагает, что масштабный фактор при подобной структуре массива зависит от прочности на сжатие, причем меньшие значения масштабных факторов характерны для прочных и хрупких пород по сравнению с пластичными породами меньшей прочности. Гипотеза B предполагает, что продолжительность релаксации напряжений и деформаций ползучести растет с увеличением рассматриваемого объема массива горных пород, а скорость деформаций при этом убывает.
Представлена классификация приледниковых озер, которые формировались на территории Шпицбергена после Малого ледникового периода в связи с сокращением оледенения архипелага. В основе классификации использованы три морфологических признака, связанных с границами ледника и конечной морены: положение озера относительно границ, контакт с ледником и условие подпруживания. Комбинации признаков позволяют выделить пять типов озер. На основе картографического сервиса Норвежского полярного института по состоянию на 2008-2012 гг. было рассмотрено 705 приледниковых озер архипелага. Среди них ледниково-подпрудные озера составляют 24 %, моренно-подпрудные озера - 22 %, озера, контактирующие с фронтом ледника, составляют 17 %, термокарстовые озера на морене - 27 % и озера, контактирующие с конечной мореной, расположенные за ее пределами - 10 %. Около 90 % суммарной площади приледниковых озер составляют подпрудные озера и озера, контактирующие с ледником. Они активно формируются в настоящее время в связи с разрушением ледяных берегов и моренных валов. Несмотря на различия в рельефе, типе оледенения, климате и темпах сокращения оледенения в различных частях архипелага, соотношения типов озер оказались подобными. Это указывает на общий генезис их образования и схожие черты ландшафта морен. Заметные различия проявляются в соотношении моренно-подпрудных озер и озер, контактирующих с ледниками, для горного и покровного оледенения. Вероятно, по мере дегляциации Шпицбергена распределение типов приледниковых озер будет сохраняться, что позволяет делать оценки озерных ресурсов и выявлять потенциально опасные объекты и объекты климатического мониторинга.
В.П. Мельников1,2,3,4, А.А. Ишков4,5, Г.В. Аникин1,2 1Федеральный исследовательский центр Тюменский научный центр СО РАН, Институт криосферы Земли, Тюмень, Россия melnikov@ikz.ru 2Автономная некоммерческая организация “Губернская академия”, Тюмень, Россия anikin@ikz.ru 3Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия 4Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия a.a.ishkov@yandex.ru 5ООО “РН-КрасноярскНИПИнефть”, Красноярск, Россия
Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, системы температурной стабилизации грунтов, диоксид углерода, экспериментальные исследования, импульсный режим течения, хладагент
Страницы: 21-37
Дан подробный обзор применяемых методов активной температурной стабилизации мерзлых грунтов с акцентом на системы температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем. Приведен накопленный опыт отечественных и зарубежных авторов в области одиночных сезонно-охлаждающих устройств. Показан механизм действия как одиночных сезонно-охлаждающих устройств, так и систем температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем. В работе также представлена новая экспериментальная установка термостабилизации мерзлых грунтов с горизонтальным испарителем, на которой был проведен ряд экспериментов по исследованию потоков хладагента в контуре циркуляции предлагаемой системы при различных тепловых режимах, действующих на испарительную часть. Приведены описание полномасштабного стенда и принцип подачи положительной температуры на испарительную часть системы с целью моделирования отведения тепла от грунта с последующим рассеиванием его в атмосферу через развитую поверхность конденсатора. В настоящее время в системах данного вида в качестве хладагента используется аммиак, а в работе в качестве теплоносителя выступает диоксид углерода. Доказано, что мощность установки, работающей на диоксиде углерода, может быть значительно больше, чем мощность установки на аммиаке. Проведенные исследования и полученные результаты позволяют оптимизировать выбор конфигурации системы температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем под тот или иной объект строительства. Применение разработанной системы температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем, ввиду ее лучшей эффективности по сравнению с аналогами, позволит значительно сократить риски растепления мерзлых грунтов на объектах эксплуатации.
Ю.Ю. Смирнов1,2, Т.В. Матвеева1, Н.А. Щур1,3, А.А. Щур1, А.В. Бочкарев1 1Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов мирового океана им. акад. И.С. Грамберга, Санкт-Петербург, Россия y.y.smirnov@mail.ru 2Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия 3Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия koliambos@mail.ru
Ключевые слова: евразийский шельф, субмаринные многолетнемерзлые породы, Python, Julia, численное моделирование мерзлоты, прогнозное картирование субмаринной мерзлоты
Страницы: 38-59
Изучение и прогнозирование состояния подводной мерзлоты весьма важно в связи с вопросами глобальных изменений климата, газогидратообразования, оценки природных опасностей в результате оттаивания мерзлых толщ. В статье представлен прогноз распространения реликтовой субмаринной мерзлоты на евразийском шельфе Северного Ледовитого океана на основе решения одномерной нестационарной задачи Стефана методом конечных разностей c использованием современных программных средств и библиотек. Описан математический аппарат модели. Особое внимание уделено процессу выбора граничных условий задачи, их синтеза. Расчеты выполнены на основе климатической кластеризации протяженного евразийского шельфа с учетом зональной изменчивости как приземной температуры воздуха, так и температуры и солености придонных вод. Впервые представлены модельные оценки положения кровли субаквальной мерзлоты, проведено сравнение с данными бурения. Анализ влияния граничных условий на результаты моделирования и сравнение модельных данных с результатами сейсмоакустических и буровых работ подтверждают хорошее качество модели. Эволюция многолетнемерзлых пород во времени представлена комплектом из трех карт для разных этапов позднего неоплейстоцена-голоцена. В результате исследования создана глобальная двухмерная карта мощности субмаринных многолетнемерзлых пород евразийского шельфа высокого разрешения. Проведены детальные моделирование и картирование распространения кровли многолетнемерзлых пород на хорошо изученных участках. По оценкам авторов, на всем протяжении евразийского шельфа прогнозируется широкое распространение субмаринных многолетнемерзлых пород. Наибольшая мощность реликтовых мерзлых отложений приурочена к литоральной зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, а также прибрежью Новосибирских островов. В Печорском и Чукотском морях в основном прогнозируется слаборазвитая, близкая к полной деградации, реликтовая подводная мерзлота.
Для определения современного состояния многолетнемерзлой толщи в условиях широтной зональности Ямало-Ненецкого автономного округа и оценки ее трансформации в связи с происходящими климатическими изменениями выполнены электромагнитные зондирования становлением поля в ближней зоне на десяти площадках по субмеридиональному профилю от Сибирско-Увальского поднятия на юге до Пур-Тазовского междуречья на севере с шагом около 50 км. Проведена интерпретация геоэлектрических моделей и сравнение с построениями структуры многолетнемерзлой толщи пород по данным бурения, предоставленным Научным центром изучения Арктики из своего архива. В результате интерпретации геоэлектрических разрезов выделены современная и реликтовая многолетнемерзлые толщи, межмерзлотный талик. Установлено, что современная подошва многолетнемерзлых пород залегает на глубинах от 50 до 130 м. Сопоставление результатов современной съемки с архивными опорными геокриологическими разрезами не показало существенных различий в положении геокриологических границ. Хотя надо отметить значительное расстояние на профиле между площадками исследования, а зачастую, сильную удаленность мест расположения скважин с опорными разрезами от этих площадок. Наибольшие различия современных и архивных данных наблюдались в северной части профиля, что, вероятно, связано с проявлением в данных зондирования становлением поля увеличения засоленности пород.
