Российская академия наук
Уральское отделение
ОТЧЕТ
о научной и научно-организационной деятельности
Института геофизики УрО РАН
за 2006 г.
| УТВЕРЖДЕН Объединенным ученым советом УрО РАН по наукам о Земле «____»_________200 г. Протокол № Председатель Совета академик В.А. Коротеев _______________________ | ОДОБРЕН Ученым советом Института геофизики УрО РАН «28 » декабря 2006 г. Протокол № 14 Директор Института член-корр. РАН П.С. Мартышко ___________________________ Ученый секретарь Института к.ф.-м.н. Н.И. Начапкин ___________________________ |
Екатеринбург
2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
| Введение …………..…………………………………………………………… | 4 | |
| 1. | Важнейшие результаты законченных фундаментальных исследований, полученные в 2006 г. …………………..…………………………………………. | 5 |
| 2. | Основные результаты прикладных исследований …………..………………. | 7 |
| 3. | Краткие аннотации по результатам работ: | |
| 3.1. | по основной тематике институтов, выполненной в соответствии с Основными направлениями исследований РАН ……………………..……………… | 9 |
| 3.2. | по программам фундаментальных исследований РАН …………….……….. | 19 |
| 3.3. | по программам Отделения наук о Земле РАН ……………………………….. | 21 |
| 3.4. | по интеграционным программам с СО РАН и ДВО РАН……………………. | 24 |
| 3.5. | по грантам РФФИ, РГНФ и других научных фондов ………………………... | 27 |
| 4. | Сведения о работах, выполненных: | |
| 4.1. | по договорам, заказам отечественных заказчиков (форма 3) …..…………... | 31 |
| 5. | Основные итоги научно-организационной деятельности Института: | |
| 5.1. | сведения о тематике научных исследований (форма 1) ………..…………….. | 34 |
| 5.2. | сведения о финансировании научных исследований (форма 2) ……………... | 35 |
| 5.3. | сведения о численности сотрудников (форма 4, 5) и профессиональном росте научных кадров, о получении наград, научных премий, именных стипендий и т.д., данные о деятельности аспирантуры ……………………………… | 36 |
| 5.4. | информация о работе по совершенствованию деятельности Института и изменению его структуры ………………………………………………………… | 39 |
| 5.5. | характеристика международных научных связей и совместной научной деятельности с зарубежными организациями и учеными ……………………. | 40 |
| 5.6. | информация о связях с отраслевой и вузовской наукой, о работе Федеральной целевой программе (президентской) «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки» ……………….. | 43 |
| 5.7. | деятельность Ученого совета …………………………………………………... | 45 |
| 5.8. | деятельность диссертационного совета Института ………………………….. | 45 |
| 5.9. | деятельность коммерческих структур при Институте, их взаимодействие с научными учреждениями УрО РАН...…………………………………………. | 45 |
| 5.10 | сведения о проведении и участии в работе конференций, совещаний, школ, включая информацию об участии научных сотрудников в качестве пленарных и приглашенных докладчиков на российских и международных научных форумах (с указанием фамилий ученых)………………………………… | 45 |
| 5.11 | сведения о публикациях, издательской и научно-информационной деятельности, с указанием количества статей (отдельно от тезисов), опубликованных в зарубежных журналах, рецензируемых отечественных изданиях; тезисов в зарубежных и отечественных материалов), монографий, сборников, других видов издаваемых материалов; список публикаций (без тезисов)..... | 46 |
| 5.12 | сведения о патентно-лицензионной деятельности …………………………… | 46 |
| 5.13 | характеристика оснащенности института научным оборудованием ……….. | 49 |
| 5.14 | сведения об экспедиционных работах ………………………………………… | 50 |
| 5.15 | краткие сводные справочные цифровые данные по вышеуказанным позициям о научно-организационной деятельности Института.…………………… | 55 |
| Приложение 1 …………………………………………………………………… | 57 | |
| Приложение 2 …………………………………………………………………… | 80 | |
| Приложение 3 …………………………………………………………………… | 89 | |
| Приложение 4 …………………………………………………………………… | 92 |
ВВЕДЕНИЕ
Все научные исследования выполнялись в соответствии с «Основами политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу», «Основными направлениями фундаментальных исследований РАН», Планом научно-исследовательских работы Института геофизики УрО РАН на 2006 год, Основными научными направлениями Института геофизики УрО РАН:
1. Изучение закономерностей строения, динамики земной коры и верхней мантии на основе геолого-геофизических данных.
2. Изучение геофизических полей, мониторинга экологического состояния среды, оценки опасности природных и природно-техногенных катастроф, создание и совершенствование геофизических методов и комплексов с целью прогноза, поисков и разведки месторождений рудных и других типов полезных ископаемых.
3. Создание геофизической аппаратуры и средств автоматизации сбора, передачи, обработки, хранения и интерпретации данных, в том числе для изучения глубоких и сверхглубоких скважин.
В 2006 году Институт выполнял проекты:
По программе Президиума РАН:
№ 16 «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы», направление 1 «сейсмические процессы и катастрофы».
По программам Отделения наук о Земле РАН:
№ 1 «Фундаментальные проблемы геологии и геохимии нефти и газа, разработки месторождений и развития нефтегазового комплекса России»;
№ 3 «Техногенное преобразование недр Земли: развитие теоретических основ эффективного использования и сохранения георесурсов»;
№ 5 «Глубинное строение Земли, геодинамика, магнетизм и взаимодействие геосфер»;
№ 6 «Геодинамика и механизмы деформирования литосферы»;
№ 7 «Экспериментальные исследования физико-химических проблем геологических процессов».
По интеграционным программам с СО РАН и ДВО РАН.
По грантам РФФИ.
1. ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАКОНЧЕННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПОЛУЧЕННЫЕ В 2006 ГОДУ
1.1. В результате исследований образцов дунит-гарцбургитовых (альпинотипных) гипербазитов Урала при нагревании от 20 до 800°C показано, что хромитоносные массивы отличаются от безрудных по параметрам высокотемпературной электропроводности (энергия активации, коэффициент электрического сопротивления). Установленные закономерности являются одними из косвенных поисковых признаков хромитового оруденения. (Лаборатория ядерной геофизики).
1.2. На основе явления ядерно-магнитного резонанса впервые разработан и опробован метод экспресс-оценки коллекторских характеристик пласта (пористость, проницаемость) непосредственно в процессе бурения нефтегазовых скважин по керну или шламу. Стандартная процедура определения образцов керна в лабораторных условиях занимает от четырех до шести недель. Разработанный метод экспресс-оценки с помощью ЯМР-релаксометра позволяет получить численные параметры пористости и проницаемости от образцов керна произвольной формы непосредственно на скважине за время не более пяти минут. Метод прошел проверку в организациях «Краснояргеофизика», «Тюменьпромгеофизика», «Оренбурггеофизика», «КогалымНИПИНефть», Тюменское отделение «Сургутнефтегаз».
(Лаборатория электрометрии совместно с лабораторией прикладного магнетизма ИФМ УрО РАН).
1.3. Выполнено 3-D моделирование динамики Манчажской региональной геомагнитной аномалии с учетом сферичности Земли. Показано, что локальные аномалии векового магнитного поля, выявленные на ее территории в 1968 -1980 гг., в основном обусловлены проявлением двух эффектов – подмагничиванием горных пород земной коры вековой вариацией и пространственными изменениями нормального векового магнитного поля.
(Лаборатория математической геофизики).
1.4. На основании впервые выполненных измерений вариаций геомагнитного поля на глубине 5970 м в Уральской сверхглубокой скважине для низкочастотной и высокочастотной составляющей вариации определены глубины источников (слои с повышенной электропроводностью), которые составляют соответственно 14 км и 7,5 км, что согласуется с данными о глубинном геоэлектрическом разрезе этого района.
(Лаборатория скважинной геофизики).
1.5. На основе комплексных электромагнитных зондирований, выполненных на профиле длиной 165 км, пересекающем Ромашкинское и Ново-Елховское нефтяные месторождения на Южно-Татарском своде Восточно-Европейской платформы, построен геоэлектрический разрез в диапазоне глубин от 10 м до 100 км. Установлено наличие генетических связей между расположением месторождений и особенностями геоэлектрического разреза.
(Лаборатория электрометрии).
2. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Важнейшие разработки, реализуемые или реализованные в практике в отчетном году
2.1.1. Скважинный магнитометр-инклинометр МИ-3803М.
Изготовлен и передан ФГУП «Дальгеофизика» скважинный магнитометр-инклинометр МИ-3803М. Прибор используется для разведки золоторудных месторождений.
2.1.2. Сейсморегистрирующая система «Регистр-3М».
Изготовлена и поставлена ИГД УрО РАН сейсморегистрирующая система «Регистр-3М» (3 экз.). Система предназначена для проведения мониторинговых наблюдений с целью изучения изменения и структуры сейсмического поля во времени.
2.1.3. Сейсморазведочная станция «Синус-24MS».
Изготовлена и поставлена ООО «Техноуголь» (г. Владивосток) научно-техническая продукция – 24-канальная сейсморазведочная станция «Синус-24MS». Сейсмостанция используется для изучения строения верхней части земной коры различными методами сейсморазведки.
2.1.4. Метод дифференциального электропрофилирования для решения геоэкологических задач.
Методом дифференциального электропрофилирования по заказу КомАтома РФ проведены исследования на грунтовой плотине П-11 Теченского каскада водоемов (Челябинская обл.). Выявлено восемь очагов просачивания воды сквозь тело плотины. Полученные материалы использованы для проектирования и организации строительных работ по сооружению бетонной стены-завесы вдоль гребня плотины.
2.1.5. Методика применения импульсной электроразведки для поисков и разведки колчеданных месторождений.
По договору с Восточной геолого-разведочной экспедицией МПР РФ проведены детализационные наблюдения на Южном Урале с использованием модификаций импульсной электроразведки. В результате исследований на Сабановском рудном поле уточнены возможные масштабы колчеданного оруденения. В районе Александринского рудно-вулканического центра выделено прогнозное Восточно-Александринское рудное поле.
2.2. Важнейшие законченные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, выполненные в 2006 г. и готовые к практическому применению
2.2.1. Скважинный магнитометр-инклинометр МИ-3803М.
Прибор предназначен для одновременных непрерывных измерений трех составляющих геомагнитного поля, азимута, зенитного угла скважины, а также величины магнитной восприимчивости. Прибор может быть использован при поисках и разведке месторождений железных руд, бокситов, никеля и др., а также в качестве инклинометра. Прибор рассчитан на работу с одножильным кабелем до 6 км. Предельная рабочая температура 120С. Диаметр скважинного прибора – от 38 до 65 мм. Регистрация информации осуществляется на IBM-совместимый компьютер или цифровую каротажную станцию «Вулкан» ОАО Эликом (г.Уфа).
2.2.2. Прибор для проведения геоакустического каротажа ВИ-4008.
Прибор измеряет три составляющие вектора ускорения вибрации, обусловленной действием динамических процессов, происходящих в скважине, например, таких как движение воды, нефти газа и др. Позволяет определить заколонные и межколонные перетоки, нефтегазонасыщенность (на качественном уровне) флюидов, профиль притока, негерметичность колонны и др. Прибор рассчитан на работу с одножильным кабелем до 6 км. Диаметр скважинного прибора от 40 до 65 мм.
2.2.3. Магнитометр наземный трехкомпонентный МНТ-3.
Прибор предназначен для непрерывных измерений трех составляющих геомагнитного поля при проведении векторных измерений для поиска и разведки месторождений железных руд, бокситов, никеля и других слабомагнитных объектов. Измеренные данные записываются в блок памяти и затем передаются в IBM-совместимый компьютер.
2.2.4. Методика экспресс-оценки с помощью ЯМР-релаксометра коллекторских характеристик пласта (пористость, проницаемость) непосредственно в процессе бурения нефтегазовых скважин по керну или шламу.
По сравнению со стандартной методикой определения пористости и проницаемости образцов керна в лабораторных условиях (4-6 недель), численные параметры этих параметров определяются непосредственно на скважине за время не более пяти минут.
2.2.5. Методика и установка индукционного вертикального зондирования, позволяющие выделять на глубине аномально проводящий объект, перекрытый сверху слоем пониженного электросопротивления.
Индукционная установка в зависимости от размеров генерирует максимальный сигнал на определенной глубине и существенно ослабляет влияние верхних слоев разреза на измеряемый сигнал.
3. КРАТКИЕ АННОТАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТ:
3.1. по основной тематике института, выполненной в соответствии с Основными направлениями исследований РАН
Тема 1. Наблюдение геомагнитного поля, сейсмических колебаний, вертикальное электромагнитное зондирование ионосферы на обсерватории «Арти».
1. Проведены непрерывные наблюдения геомагнитного поля (абсолютные величины и вариации), сейсмических колебаний и выполнено электромагнитное зондирование ионосферы с интервалом времени 0.5 часа на обсерватории «Арти». Результаты наблюдений обработаны и переданы в ЦОМЭ ГС РАН, МЦД-Б2.
2. Получены и установлены в магнитных павильонах кварцевые магнитовариационные станции Кварц-4 (разработка ИЗМИРАН) и феррозондовый 3-х компонентный магнитометр-вариометр (Великобритания), проведена их пробная эксплуатация.
3. Проведены наблюдения векового хода геомагнитного поля на пунктах, созданных в 2003 году.
4. По наблюдению геомагнитного поля и ионосферы в 2006 г. установлено значительное снижение геомагнитной активность, напрямую связанной с уменьшением солнечной активности. Если за десять месяцев 2005 г. (с января по октябрь) было зарегистрировано 16 магнитных бурь интенсивностью от умеренных до очень больших, то в 2006 г. за этот же период было зарегистрировано только 5 умеренных бурь. Не было зарегистрировано больших и очень больших бурь. Выявлены магнитные, ионосферные и сейсмические эффекты, связанные с затмением Солнца 29 марта 2006 г.
5. По данным наблюдений геомагнитного поля на обсерватории «Арти» и мировой сети (более 100 обсерваторий) выявлен эффект скачкообразного изменения геомагнитного поля после магнитных бурь. Построены карты компонент поля для отдельных эпох 1967, 1970, 1980, 2004 годов, по которым видно, что в этом процессе задействованы источники основного дипольного поля Земли и источники региональных аномалий, наблюдаемые на континентах.
6. Зарегистрировано 3 сейсмических события в районе Катав-Ивановска (Челябинская обл.), которые могут быть идентифицированы как природные тектонические, что является подтверждением слабой сейсмической активности Урала.
Тема 2. Теория и методы интерпретации геофизических полей, математическое моделирование геофизических процессов.
1. Определены оптимальные классы функций для аналитической аппроксимации гравитационного поля от практически содержательных моделей (для среды с неоднородными включениями). Разработаны и программно реализованы алгоритмы аппроксимации поля от параллелепипеда.
2. Рассмотрены модели Международного аналитического геомагнитного поля и его вековой вариации для периода 2000-2005 гг. Проведено моделирование аномального магнитного поля для модели источников региональных магнитных аномалий Западного Урала для каждого года наблюдений, из указанного выше периода. Вычислены годовые разности составляющих индукции магнитного поля и построены карты аномалии векового хода.
3. Предложена количественная физическая модель для описания генерации акустического излучения (эмиссии) в гетерогенной геосреде. Исследована возможность определения структурно-петрофизических характеристик трещиновато-пористой среды (ТПС) по амплитудно-частотному спектру акустической эмиссии (АЭ).
Тема 3. Изучение неоднородностей литосферы, сейсмичности и состояния земных недр Урала сейсмическими и геолого-геофизическими методами для целей понимания и прогноза природно-техногенных катастроф, а также минерагенического прогнозирования.
1. Составлены сейсмические и плотностные разрезы по профилям: Красноленинский (700 км), Сев. Сосьва – Ялуторовск (450 км), В. Нильдино – Казым (450 км), Кварц (700 км), Гранит ( 600 км), Ханты – Мансийский (200 км). Общая протяженность разрезов и подобранных плотностных моделей составила 3100 км. Выполнено объемное гравитационное моделирование и составлена объемная плотностная модель верхней части литосферы.
2. Проведены полевые наблюдения по методике преломленных волн в пределах города Екатеринбурга на сейсмической станции «Синус-24М». Построены 2D и 3D разрезы участков исследования. Проведен анализ и сопоставление с известными геолого-геофизическими данными.
Тема 4. Развитие и совершенствование геофизических методов исследования скважин с целью изучения связи динамики геомагнитного поля и современных геодинамических процессов.
1. Проведены расчеты для определения возможности применения современных систем ориентации блока магнитометра и требуемой чувствительности (уровень собственных шумов) феррозондового магнитометра с целью векторных измерений слабых (20 – 50 нТл) аномалий геомагнитного поля, вызванных магнитными объектами вблизи подводного аппарата. Изготовлен макет магнитометра для проверки теоретических расчетов. Для повышения разрешающей способности магнитометра в 5 раз увеличена частота заполнения интегрирующего АЦП до 8 МГц. При этом разрядность АЦП увеличена до 19 разрядов. Выходная информация выводится в виде 3-х байтных двоичных слов. Для начала испытаний магнитометра (температурных, временных, исследования собственных шумов) требуется существенная модернизация программного обеспечения для перехода на 3-х байтные слова, что запланировано на следующий год.
2. Проведены работы по выявлению узлов вариометра, препятствующих повышению чувствительности и термостабильности наземного блока вариометра. Основным источником погрешности вариометра являются аналоговые ключи, служащие для коммутации феррозондов. Замена ключей с сопротивлением в открытом состоянии 100 Ом на ключи с сопротивлением 10 Ом существенно повысило временную и температурную стабильность измерения вариаций. В настоящее время идет разработка макета с герконовыми ключами иностранного производства с сопротивлением 0.3 Ом.
3. Проведены совместные измерения вариаций геомагнитного поля и геоакустических сигналов в Воронежской, Восточно-Полтавской глубоких скважинах и скважине на Чусовском месторождении (Свердловская область). Проводится отработка методики сопоставления синхронных измерений полей различной природы. Результаты измерений обрабатываются.
4. По результатам исследований образцов пород и руд месторождения Радостное и Тараташского железорудного комплекса установлено, что рудная минерализация представлена оксидами железа и титана (магнетиты и ильмениты разных генераций, титаномагнетиты, хромшпинелиды) и сульфидами железа и меди. В исследованных образцах часто фиксируются ультрадисперсные выделения рудных фаз. Результаты исследований на сверхглубоких скважинах СГ-3, СГ-4, СГ-10 позволяют предполагать, что выявленные, но не идентифицированные на данном этапе исследований, ультрадисперсные рудные фазы могут относиться к самороднометальной минерализации, в том числе, к группе благородных металлов.
Тема 5. Развитие теоретических и аппаратурно-методических основ электромагнитных методов.
1. Проведены полевые исследования комплексом электромагнитных методов (ИЭМЗ, АМТЗ, МТЗ) на опорных профилях Северного и Среднего Урала в Предуральском прогибе и на востоке Восточно-Европейской платформы. Выполнена обработка экспериментального материала по Свердловскому пересечению протяженностью 900 км (Аскино-Арти-Камышлов-Орлово) в 116 пунктах зондирования. Построены амплитудные и фазовые кривые кажущегося удельного сопротивления, определена продольная проводимость литосферной части разреза.
2. Разработана физико-химическая теория возникновения адсорбционных потенциалов. Показано, что скачок адсорбционного потенциала пропорционален логарифму отношения концентраций коионов. Реализована возможность вычисления адсорбционного потенциала обломочной породы исходя из гранулометрического состава и характеристик двойного электрического слоя.
3. Подготовлены и опробованы алгоритм и программа интерактивного восстановления адсорбционного потенциала и 
в скользящем окне, основанные на решении интегрального уравнении электрического поля ПС и модели скважины. Программа предназначена для проведения интерпретации каротажных диаграмм ПС беспалеточным способом при различных свойствах пластов.
4. Разработана и опробована методика экспресс-оценки с помощью ЯМР-релаксометра характеристик пласта (пористость, проницаемость) по керну или шламу непосредственно в процессе бурения скважины. Совместно с КогалымНИПИНефть выполнены эксперименты по сравнению способов определения проницаемости образцов породы: капиллярометрия (месяц), центрифугирование (неделя) и ЯМР-релаксометрия (5 минут).
5. Разработана аппаратура для высокочастотных индукционных зондирований МЧЗ-12, осуществляющая регистрацию переменного электромагнитного поля в диапазоне частот 0.3174162.5 кГц. С помощью аппаратуры решаются следующие задачи: изучение геоэлектрического строения горных пород, поиск малоглубинных рудных месторождений, инженерные изыскания с учетом экологических требований и экологической безопасности, поиск подземных коллекторов водонасыщенных пород; обнаружение утечки воды из подземных труб, обнаружение подземных карстовых полостей под полотном железных дорог и т.д. Проведены полевые испытания аппаратуры МЧЗ-12 в условиях геофизической обсерватории Арти (Свердловской обл.) и отдельных участков г. Екатеринбурга. Показано, что использование электроразведочной аппаратуры с привлечением геологических данных позволит повысить достоверность построения геологических моделей исследуемых объектов, как при фундаментальных исследованиях земной коры, так и при решении прикладных геолого-геофизических задач. Подтверждена работоспособность аппаратуры МЧЗ-12 в условиях относительно высоких электромагнитных помех промышленной частоты.
6. Разработан алгоритм, создан и опробован пакет программ для расчета электромагнитного поля источника в виде плоской волны с локальными трехмерными проводниками, основанный на решении векторного интегрального уравнения. Программа предназначена для проведения математического моделирования электроразведки применительно к методам МТЗ и АМТЗ.
7. С использованием макета магнитомодуляционного преобразователя магнитной индукции с 24-х разрядным АЦП и переносным ПК проведены фрагментарные измерения амплитуды трех составляющих магнитного шума низких частот (0.1-10 Гц) внутри мегаполиса, на малом удалении (~10 км), а также на значительном (~150 км) удалении от него. Показано, что на расстоянии до 100-150 км от мегаполиса преобладает низкочастотный магнитный шум техногенного происхождения, и только на большем удалении от мегаполиса преобладает геомагнитный шум, связанный с возмущением магнитосферы.
Тема 6. Геодинамические исследования на Урале методами GPS-наблюдений и радонового мониторинга.
1. Освоена аппаратура спутникового позиционирования типа Trimble 5700. Выбраны опорные точки и проведены первые измерения координат в четырех точках Среднего Урала: п. Арти (аэродром), гора Волчиха (Первоуральский район), г. Синяя (Кушвинский район), здание института геофизики (г. Екатеринбург). Получено и освоено специализированное программное обеспечение для постобработки данных спутниковой навигации GAMIT / Linux. Программное обеспечение адаптировано применительно к двухчастотной аппаратуре и условиям измерений.
2. Получены новые данные о процессе выделения радоновой эманации из горных пород в рамках упругой модели. Показано, что основное значение при оценке поведения объемной активности радона, как следствия геодинамических процессов, имеет деформация изгиба, при которой присутствуют одновременно и зоны сжатия и зоны растяжения.
3. Проведен широкий спектр модельных работ по изучению влияния непроницаемых границ на поведение объемной активности почвенного радона. Показано, что в центре непроницаемого экрана, при его размере более 4-х диффузионных длин пробега радона, скорость накопления радона определяется только проницаемостью массива. При этом расположение детектора на краю экрана обеспечивает оптимальные условия выделения тектонического сигнала при радоновом мониторинге.
4. Физическими, физико-химическими, минералого-петрографическими методами изучены образцы серпентинитов из Баженовского месторождения хризотил-асбеста. Серпентиниты отличаются минеральным составом, различны по физическим и физико-химическим параметрам, различаются качеством (прочностью на разрыв) связанного с ними хризотил-асбеста. Получены зависимости электрического сопротивления серпентинитов от температуры в интервале 20-800 °C. Установлены параметры высокотемпературной электропроводности (энергия активации E0 и так называемый коэффициент электрического сопротивления lgR0). Выявлена связь между прочностью волокна хризотил-асбеста и параметрами высокотемпературной электропроводности вмещающих его серпентинитов. Показано, что поля распределения фигуративных точек исследованных образцов серпентинитов в координатах E0, lgR0, вмещающих хризотил-асбест «ломкий» и «нормальной» прочности, не совпадают и не пересекаются друг с другом.
5. Продолжалось изучение распределение радона по границам отдельных массивов в пределах г. Екатеринбурга. Интересен полученный результат о высокой объемной активности радона (до 6500 Бк/м3 при фоновых значениях менее 100 Бк/м3) в пределах разломных тектонических нарушений в массиве дунитов и пироксенитов. До сих пор считалось, что даже в пределах разломных нарушений в данных массивах отсутствует радоноопасность.
Тема 7. Геотермические исследования теплового состояния земной коры Урала, климатической истории и тепловой эволюции Земли.
1. Смонтирована и испытана в полевых условиях на территории геофизической обсерватории «Арти» станция непрерывного геотермического мониторинга. Термодатчики установлены в необсаженной скважине на глубинах 60 и 20 м, в почве (0.2, 0.4, 0.8, 1.0, 1.35 м) и в воздухе (в солнцезащитном экране на высоте 2 м). Другая станция геотермического мониторинга установлена в скважине на о. Кунашир (Курильские о-ва). Термодатчики установлены в необсаженной скважине на глубинах 60 и 40, 20, 10 м. Опрос датчиков – автоматически через 0,5 часа.
2. Проведена реконструкция экспериментальной установки для исследования теплофизических свойств горных пород при высоких температуре и давлении. Испытаны различные датчики температуры, система вывода информации. Начато создание эталонной коллекции образцов горных пород Урала с различными теплофизическими свойствами.
3. Получены кривые фазового перехода галлия при нагревании и остывании, позволяющие уточнить температуру плавления с точностью до 10-3K. Проведенные исследования дают возможность определить метрологические характеристики скважинного кварцевого термометра с галлиевым терморепером.
4. Проведен анализ пространственных закономерностей распределения амплитуд плейстоцен/голоценового потепления в Северной Евразии. Построены модели пространственного распределения потепления, определены координаты и морфология источника потепления, указывающие на решающую роль системы теплых течений Северной Атлантики в установлении климатических условий голоцена.
5. Реализован алгоритм численного моделирования распределения температуры для региональных нелинейных 3D-моделей (с учетом зависимости коэффициента теплопроводности от температуры). Показано, что при РТ-условиях в литосфере, соответствующих глубинам свыше 20 км, учет температурной зависимости становится существенным.
6. Построен первый вариант многочастичной функции распределения, как аналог функции Сафронова, для описания нового механизма дифференциации и аккумуляции планет, который позволяет детализировать начальный этап термической эволюции Земли.
7. Получены результаты численного моделирования ряда эффектов для исследования процессов генерации геомагнитного поля в МАК-приближении для различных моделей ядра Земли.
8. На основе корреляционных связей между плотностью и радиогенной генерацией предложен метод, позволяющий увязать «нулевую» (горизонтально-слоистую) модель плотностного разреза с теплофизическими границами.
Тема 8. Разработка электромагнитных методов для изучения техногенного загрязнения природной среды, контроля состояния инженерных объектов и поиска рудных месторождений.
1. Расчетными оценками показано, что применение дифференциальной установки эффективно при определении пространственного положения локальных объектов, отличающихся по электропроводности от вмещающей среды, хотя определение электрических свойств объектов затруднено. Поэтому предложено комплексировать дифференциальные и вертикальные электромагнитные зондирования. Первый способ дает возможность выявить локальные объекты в верхней части разреза, а второй – оценить их электрофизические характеристики. Комплексная методика опробована и подтверждена на полигонах в Свердловской и Челябинской областях.
2. На основе анализа многолетнего ряда геоэлектрического мониторинга грунтовых гидротехнических сооружений установлено, что оптимальная дискретность режимных исследований составляет один раз в год. На последней плотине Теченского каскада водоемов (Челябинская обл.) геоэлектрический мониторинг осуществляется 14 лет. Выявлено девять участков, которые могут быть приурочены к просачиванию воды сквозь тело плотины. Скорость увеличения горизонтальных размеров одного из очагов просачивания воды составляет около 20м/год. Пять аномалий заверены буровыми скважинами, вскрывшими в основании водонасыщенный, разжиженный грунт. Третий цикл мониторинга на аварийном участке автодороги Екатеринбург-Тюмень подтвердил высказанное ранее предположение о переувлажнении насыпного грунта в основании насыпи.
3. Разработан макет аппаратуры, работающий в диапазоне частот от 1.0 до 1024 Гц. Макет позволяет выполнять измерения с погрешностью до 1% на частотах от 8 Гц и выше, и с погрешностью до 3 % на низких частотах. Макет опробован в лабораторных измерениях на образцах, также в полевых условиях на аварийном участке автодороги Екатеринбург-Тюмень.
4. Предложен новый вариант электромагнитных зондирований с измерением отношения электромагнитных чисел hzэ/hzм в поле комплексного возбудителя типа пространственно совмещенных вертикального магнитного и горизонтального электрического диполей. Рассмотрены различные варианты зондирований: частотные, дистанционные, изопараметрические (при фиксированном значении 
, где f – частота тока, r – расстояние между генераторным и приемным датчиком). Математическим моделированием показано, что результаты интерпретации с использованием предложенной информационной характеристикой позволяет получить более достоверное изменение электросопротивления с глубиной. Новый информационный параметр имеет высокую разрешающую способность при выявлении глубинных объектов на меньших разносах и более высоких частотах.
5. Предложена индукционная установка, позволяющая существенно ослабить влияние верхних слоев разреза на измеряемый сигнал. Особенность установки состоит в том, что при определенных ее размерах максимальный сигнал генерируется на определенный глубине. При изменении размеров установки соответственно меняется глубина генерации максимального сигнала. Численные расчеты показали, что предлагаемая установка позволяет при интерпретации выделять до пяти слоев разреза.
Тема 9. Изучение строения, геодинамики и минерагении Урала на основе новых методик комплексирования геолого-геофизических данных.
1. Создана обновленная аппроксимационная 4D-модель современного деформирования земной коры Урала и прилегающих территорий. Модель разложена на медленную (субстатическую), среднюю и быструю компоненты. Выполнен для всей территории Урала ретроспективный и прогнозный анализ тенденций деформирования с детализацией по наиболее характерным участкам (Билимбай-Екатеринбург-Сысерть, ПО МАЯК, ЮУБР, Соликамск-Березники и др.). Рассчитаны основные деформационные характеристики очагов сильнейших землетрясений Уральского региона. Предложен метод прогнозирования опасных геодинамических периодов и участков на основе расчетов инвариант динамического тензора деформирования.
2. Проведена модернизация и тестирование алгоритмов и программ построения плотностных разрезов Среднего Урала с использованием метода инверсии потенциального поля.
3. Изучен палеомагнетизм стратотипа верхнесилурийских отложений Тагильской мегазоны Северного Урала (разрез Вагран). Установлено, что вулканогенно-осадочные породы и известняки с включениями гематита имеют палеомагнитные направления, отличающиеся по склонению на 54. Время формирования остаточной намагниченности первых не установлено, известняков – после складкообразования. Расхождение в палеосклонениях может быть связано как с изменениями геомагнитного поля, если возраст выделенных компонент намагниченности разный, так и тектоникой района.
4. На основе сейсмогравитационного моделирования построены плотностные разрезы по региональным профилям Северного Урала: Красноленинскому, Гранит, Кварц, Ханты – Мансийскому, В-Нильдино – Кызым, Сосьва – Ялуторовск. Составлена плотностная объемная разломно-блоковая модель верхней части литосферы Северного Урала (60-66 гр. с.ш.) до глубины 80 км.
5. Выполнены расчеты степени унаследованности вертикальных тектонических движений с юрматинского времени по триас по Волго-Уральскому региону (48-58 гр. с.ш., 38-60 гр. в.д.) вдоль широтных профилей с интервалом в 0,5 градуса.
6. Разработана трехэтапная методика поисков рудовмещающих структур и рудных тел месторождений с проявлением сульфидной медно-никель-кобальтовой и медно-кобальт колчеданной минерализации: 1) картирование с использованием гравимагнитных съемок М 1: 10 000 – 1: 25 000 рудоперспективных комплексов пород; 2) проведение в их пределах наблюдений ПМПП с петлями 400х400 м по сети 200х200 м; 3) детализация электроразведочных и литохимических аномалий наблюдениями ЗМПП и МППР с петлями 100х100 – 600х600 м, исключающими пропуск мелких рудных тел на глубинах до 50 – 100 м и крупных до глубин 200 – 300 м.
7. Проведен комплексный анализ гравимагнитных полей и результатов сейсмических исследований в районе Учалинско-Александринской рудоносной зоны. Определено положение этого объекта в структурах Урала. Построена модель региональных структур, определивших выделение Александринского рудного узла. На выделенном рудном узле проведены опытно-производственные работы по оценке перспектив выявления крупных колчеданных месторождений.
8. Проведены на участке Западно-Сабановский экспериментальные наблюдения с использованием современных аппаратурно-методических комплексов импульсной электроразведки (АМК-7ИЭ, СТРОБ-М) для уточнения разрешающих возможностей метода переходных процессов в условиях колчеданных рудных районов.
Тема 10. Разработка теории и методики комплексного сейсмоэлектромагнитного мониторинга процессов естественной и вызванной активизации и самоорганизации геологической среды.
1. Гетерогенный объект представляется набором сингулярных источников в виде горизонтально действующих сил, расположенных в локальных объемах. Составлен вычислительный алгоритм для расчета составляющих сейсмического поля на основе уравнения Ламе от сингулярных источников в виде горизонтально действующих сил, расположенных в произвольном слое N-слойной среды в частотном представлении. Составлен вычислительный алгоритм расчета нормального сейсмического поля для N-слойной среды, источник возбуждения расположен в первом слое. Подготовлена программа для моделирования отклика от гетерогенного объекта в рамках частотно-геометрической методики.
2. Разработан принципиальный подход к решению задачи о распространении сейсмических волн в средах с вложенной структурой на основе итерационного алгоритма с использованием векторных объемных интегральных уравнений.
3. Проведены очередные циклы комплексного геофизического и геомеханического мониторинга на следующих объектах: шахта Естюнинская, Таштагольский рудник, рудник Интернациональный, рудник Айхал.
4. Для модели формирования разрывного нарушения по Панину получена краевая задача для системы дифференциальных уравнений, описывающей развитие неустойчивости в виде разрыва. Исследуются критерии устойчивости системы.
Тема 11. Исследование реакции углеводородной залежи на комплексное виброволновое воздействие методами регистрации упругих и электромагнитных полей.
1. Проведены опытно-промысловые работы на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири по акустическому воздействию в скважинах с целью восстановления проницаемости прискважинного пространства продуктивного пласта. Показано, что в результате акустического воздействия проницаемость насыщенного порового пространства восстанавливается как в ближней, так и в удаленной зоне пласта.
2. Показано, что для оценки характера насыщенности коллектора может быть использована разность между значениями полной энергии сейсмоакустической эмиссии (САЭ) после акустического воздействия и до него. При положительной величине этой разности можно утверждать о наличии в коллекторе нефти, а при отрицательной – воды. Эффект изменения спектра САЭ после акустического воздействия наблюдался во всех без исключения скважинах, где проводились данные исследования и где можно было однозначно подтвердить характер насыщенности.
3. Разработана технология контроля за текущей обводненностью нефтегазовых месторождений по мониторингу САЭ. Работы по технологии «каротаж-воздействие-каротаж» являются эффективным средством воздействия на пласт в целом и наиболее эффективны в радиусе 1 5 м. Мониторинг САЭ в добывающей скважине позволяет вовремя заметить снижение ее динамической активности, свидетельствующий о начале заводнения интервала пласта, и принять соответствующие меры. Проведены исследования за обводненностью месторождений в Пермской области и в Западной Сибири.
4. Изучение характеристик геоакустических шумов (ГАШ) диапазона частот 20-5000 Гц в газовых скважинах показало, что имеются все предпосылки для выделения и исследования газоносных пластов. Диагностические признаки выделения газоносных коллекторов заложены в информативных параметрах ГАШ, получаемых с помощью трехкомпонентных измерений. Целесообразность применения каротажа ГАШ в газовых скважинах обусловлена не только возможностью обнаружения интервалов газовыделения, но и локализации газоносных пластов. В обсаженных скважинах выделение и диагностика не вскрытых перфорацией газонасыщенных пластов осуществляется по тем же информативным параметрам ГАШ, что и в открытом стволе.
3.2. по программам фундаментальных исследований Президиума РАН
1. Программа № 16 Президиума РАН «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы», направление 1 «сейсмические процессы и катастрофы», проект «Исследование радонового мониторинга, как “детерминантного” показателя геодинамических процессов: сопоставление данных по Уралу и Северному Кавказу. (Радоновая проблема в геоэкологии и геодинамике) »
Научный руководитель: член-корреспондент РАН В.И.Уткин
Объем финансирования: 250 000 руб.
Основные результаты. На основе иерархического представления геодинамических процессов в земной коре разработана качественная модель подготовки сильного землетрясения, которое является заключительным этапом глубинных геодинамических процессов. Модель рассматривает земную кору как блочную самоподобную структуру, обладающей подобием на разных пространственных уровня. При этом землетрясение подготавливается медленными геодинамическими процессами в земной коре и верхней мантии, которые распространяются на значительно большие расстояния, чем величина блока, в котором происходит сейсмическое событие. При движении блоков земной коры уже на глубинах 15-20км наблюдается явление дилатансии. Это приводит генерации деформационной волны, которая распространяется к поверхности, вызывая перестройку блочной иерархической структуры массивов верхней части земной коры. При перестройке этой блочной структуры возможно «заклинивание» отдельных блоков, в пределах которых накапливаются колоссальные упругие напряжения, при этом в данном массиве возникает изгибовая деформация, наблюдаются зоны сжатия и растяжения, которые четко фиксируются в поле радона и которые служат детерминированным признаком процесса подготовки события. Комплексный монторинг, проведение которого планировалось в соответствеии с календарным планом, проведен в ограниченном объеме.
2. Программа № 16 Президиума РАН «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы», направление 1 «сейсмические процессы и катастрофы», проект «Исследование условий реализации возможных режимов развития процессов разрушения в геосреде с использованием экспериментальных данных по временным вариациям концентрации радона».
Научный руководитель: д.ф.-м.н. Беликов В.Т. Финансирование – 150000 руб.
Основные результаты. На основе анализа уравнения баланса полной (объемной и поверхностной энергии) единичного объема горной породы, рассматриваемой как гетерогенная двухфазная среда (твердое тело с трещинами), сформулирован количественный критерий, определяющий условия, при которых реализуется эволюционный (без катастрофических событий) режим развития процессов разрушения. С использованием этого критерия предложена методика и разработан алгоритм количественной интерпретации высокоамплитудных аномалий концентрации радона для изучения временных изменений свободной энергии упругой деформации, свободной поверхностной энергии и давления в массиве горных пород при эволюционном характере протекания процессов разрушения в геосреде. Предложенная методика опробована на экспериментальных данных по временным вариациям концентрации радона, зарегистрированным на СУБРе.
3.3. по программам Отделения наук о Земле РАН
1. Программа № 1 «Фундаментальные проблемы геологии и геохимии нефти и газа, разработки месторождений и развития нефтегазового комплекса России», проект «Исследование отклика залежи углеводородов при искусственном виброволновом воздействии».
Научный руководитель проекта: зав. лаб., д.г.-м.н. Иголкина Г.В.
Объем финансирования 200000 руб.
Основные результаты: Проведены сравнительные результаты оценки нефтенасыщенности, рассчитанные по методам CHFR и RST фирмы Shlumberger и кривой нефтенасыщенности по каротажу САЭ. Метод виброволнового воздействия на пласт-коллектор распространяется на все объекты разработки нефтяных и газовых месторождений и может применяться при проведении работ по бурению и специальных исследованиях. Создана методика идентификации и сопоставления естественной и вызванной сейсмоакустической эмиссии, упругих характеристик пластов-коллекторов с петрофизическими параметрами нефтегазовых месторождений. Разработана методика проведения искусственного возмущения объекта и изучения отклика среды на него. Проведены исследования по совершенствованию методики интерпретации результатов геоакустических измерений, методики виброволнового воздействия на нефтяной пласт, методики оценки характера насыщенности.
2. Программа № 3 «Техногенное преобразование недр Земли: развитие теоретических основ эффективного использования и сохранения георесурсов», проект «Система прогнозного мониторинга динамических явлений в удароопасных шахтах (теория, комплексная геофизическая и геомеханическая методика, натурные исследования».
Научный руководитель проекта: д.ф.-м.н. Хачай О.А.
Объем финансирования 150000 руб.
Основные результаты: Для модели формирования разрывного нарушения по В.Е. Панину получена краевая задача для системы дифференциальных уравнений, описывающая развитие неустойчивости в виде разрыва. В рамках активного электромагнитного индукционного пространственно-временного мониторинга на основе разработанного метода оценки и классификации массива по его устойчивости относительно сильных техногенных воздействий при отработке крупных и суперкрупных месторождений осуществлена положительная заверка прогноза места и оценки магнитуды снизу динамического явления в шахте Таштагольского рудника.
3. Программа № 5 «Глубинное строение Земли, геодинамика, магнетизм и взаимодействие геосфер», проект «Исследование современных геодинамических процессов Севера Восточно-Европейской платформы и Урала на основе данных спутникового позиционирования (современная геодинамика Урала)».
Научный руководитель: член-корреспондент РАН В.И.Уткин
Объем финансирования: 250 000 руб.
Основные результаты. Проведен детальный анализ новых данных мировой сети станций GPS, расположенных на Евроазиатском континенте и составлены карты векторов «векового» движения отдельных блоков континента. На основе государственной триангуляционной сети сделан выбор сети нестационарных GPS-станций, относительные движения которых будут отсчитываться относительно базовой станции обсерватории «АРТИ». Организованы четыре нестационарных пункта GPS-наблюдений, на которых с целью отработки методики постобработки данных проведены геодезические наблюдения с прецизионной аппаратурой Trimble. Проведено обучение сотрудников – исполнителей проекта на базе Геофизической службы РАН, приобретено программное обеспечение для постобработки типа GAMIT, которое переработано применительно к условиям эксперимента, проводимого на Урале.
Одновременно проводился анализ современных деформационных направлений отдельных тектонических блоков внутриконтинентальных Северного и Уральского секторов Евразии. На основе проведенного анализа выявлены аномальные направления деформаций в указанном секторе Евразии.
4. Программа № 6 «Геодинамика и механизмы деформирования литосферы», проект «Создание объемной модели литосферы области сочленения севера Урала, Восточно-Европейской платформы и Тимано-Печорской плиты (66°-60° с.ш.) на основе комплекса геолого-геофизических данных».
Научный руководитель проекта: член-корр. РАН Мартышко П.С.
Объем финансирования 300000 руб.
Основные результаты: Произведён сбор, систематизация и оценка исходной геолого-геофизической информации по геотраверсу «Кварц» и профилям Красноленинский, В. Нильдино-Казым. Построены плотностные разрезы М 1:1000000 - 1:500000 по геотраверсу «Кварц» и профилям: Красноленинский и В. Нильдино-Казым. Построены сейсмологические разрезы М 1:500000 по всем указанным профилям до глубины 80 км.
Предложена новая схема глубинного сейсмотектонического районирования, существенно отличная от существующих представлений. Верхняя часть литосферы разделяется на три мегазоны: Центрально-Уральская на Западе, Восточно-Уральская в средней части и Западно-Сибирская на Востоке. Разработан и программно реализован алгоритм определения плотности для кусочно-блоковой модели. Построенные объёмные плотностные модели представлены четырьмя слоями: осадочные отложения, от подошвы осадочных пород до горизонтального уровня 10 км (верхняя часть консолидированной коры), от глубины 10 км до границы М (кристаллическая кора), верхнемантийный слой до глубины 80 км.
5. Программа № 7 «Экспериментальные исследования физико-химических проблем геологических процессов», проект «Сравнительное исследование высокотем-пературной электропроводности руд и вмещающих горных пород ряда хромитовых месторождений из дунит-гарцбургитовых (альпинотипных) гипербазитов Урала».
Научный руководитель д.г.-м.н. В.В.Бахтерев.
Объем финансирования: 100000 руб.
Основные результаты: Методами электрического сопротивления, минералогического, химического, дериватографического анализов исследованы образцы руд и вмещающих гипербазитов из Поденного, Курмановского (Алапаевский массив), Пьяноборского, южной группы (Ключевской массив) месторождений хромитов, отличающихся структурно-вещественными комплексами, степенью метаморфизма пород и руд. Получены зависимости их электрического сопротивления от температуры в интервале 20-800 °C. Установлены параметры высокотемпературной электропроводности (энергния активации E0 и так называемым коэффициентом электрического сопротивления R0). Подтвержден сделанный ранее вывод о том, что для безрудных массивов и площадей в них справедлива зависимость lgR0=a-bE0 с коэффициентами для альпинотипных гипербазитов (a=7.2, b= 12,8). Для массивов и площадей хромитоносных наблюдается отклонение от базовой линии. Отклонение тем больше, чем ближе к рудопроявлению отобран образец. Для всех четырех исследованных объектов характер распределения точек с координатами E0, lgR0 одинаков. В то же время, графическое изображение этой связи в координатах E0, lgR0 четко показывает, что поля распределения фигуративных точек разных объектов не совпадают. Вероятно, такое поведение высокотемпературной электропроводности является отражением своеобразия геологических условий, истории становления и развития исследованных гипербазитовых массивов и месторождений в них. Установленные закономерности, возможно, позволят использовать данные свойства в качестве косвенных поисковых признаков хромитового оруденения. Полученные результаты согласуются с известными в научной литературе данными кристаллохимических исследований оливина, входящего в состав гипербазитовых массивов хромитоносных и безрудных, методами оптической спектроскопии.
3.4. по интеграционным программам УрО РАН с СО РАН и ДВО РАН
1. Интеграционный проект УрО РАН с ДВО РАН (Институт морской геологии и геофизики) «Исследование процесса подготовки тектонического землетрясения на Курильских островах на основе комплексного пространственно-временного геофизического мониторинга».
Научный руководитель: член-корреспондент РАН В.И.Уткин
Объем финансирования: 200 000 руб.
Основные результаты. Разработана на основе иерархического представления геодинамических процессов в земной коре качественная модель подготовки сильного землетрясения, которое является заключительным этапом глубинных геодинамических процессов. Применительно к условиям применения (Курильские острова с высокой влажностью воздуха) модернизирована аппаратура регистрации радона и гидротермальных измерений. В районе острова Кунашир установлена аппаратура и проведен пространственно-временной мониторинг концентрации почвенного радона, состоящий из 2 автономных станций, установленных вдоль профиля, предложенного по данным ИМГГ ДВО РАН. Кроме радонового мониторинга организован мониторинг сейсмичности и вариаций приливных движений по данным гидродеформационного поля, основой измерения которого являются автоматические скважинные станции регистрации температуры на различных глубинах: от поверхности до 100м. Проведен анализ геологической обстановки в районе острова Кунашир с целью построения геодинамической модели подготовки землетрясения. Полученные результаты обрабатываются.
2. Интеграционный проект УрО и СО РАН «Исследование пространственной структуры плейстоцен-голоценового потепления в Северной Евразии по геотермическим данным. Анализ факторов потепления».
Научный руководитель д.г.-м.н. Д.Ю.Демежко, финансирование 240 000 руб.
Основные результаты: Проведен детальный анализ 62 геотермических оценок амплитуды плейстоцен-голоценового потепления, полученных, главным образом, авторами проекта в Европе, на Урале, в Западной Сибири, Якутии и в Байкальском регионе. Построена карта геотермических оценок разностей средних температур земной поверхности в позднем плейстоцене (15-80 тыс. л.н.) и голоцене (8-0 тыс.л.н.); Оценены характеристики пространственного распределения геотермических оценок. Разработана математическая модель, описывающая амплитуду голоценового потепления как функцию расстояния от гипотетического центра потепления. На ее основе определены координаты и морфология источника потепления. Показано, что главной причиной потепления в начале голоцена стало возобновление современной картины теплых течений в Северной Атлантике. На основе полученных пространственных распределений амплитуд плейстоцен/голоценового потепления разработан алгоритм и программное обеспечение для введения палеоклиматических поправок в измеренные тепловые потоки.
3. Интеграционный проект УрО РАН с СО РАН «Разработка геофизических технологий для изучения строения верхней части земной коры и поисков полезных ископаемых на основе геологического изучения и анализа перспективных районов».
Научный координатор: д.т.н., в.н.с. Человечков А.И., финансирование 240 000 руб.
Задание – разработка геофизических электроразведочных экспресс–технологий, позволяющих изучать геоэлектрическое строение на больших площадях и проводить оперативный поиск рудных месторождений в труднодоступных районах и районах с высоким уровнем геологических и техногенных помех на геологических участках, перспективных на обнаружение проводящих руд, развитие аппаратурно–методической и физико–теоретической базы, соответствующей современному уровню науки и техники.
Основные результаты:
1. Разработана аппаратура для высокочастотных индукционных зондирований МЧЗ-12, осуществляющая регистрацию переменного электромагнитного поля в диапазоне частот 0.3174162.5 кГц. Проведены полевые испытания аппаратуры МЧЗ-12 в условиях геофизической обсерватории «Арти» (Свердловской обл.) и отдельных участков г. Екатеринбурга. Показано, что использование электроразведочной аппаратуры с привлечением геологических данных позволит повысить достоверность построения геологических моделей исследуемых объектов, как при фундаментальных исследованиях земной коры, так и при решении прикладных геолого-геофизических задач. Подтверждена работоспособность аппаратуры МЧЗ-12 в условиях относительно высоких электромагнитных помех промышленной частоты.
2. Для решения задачи определения глубины проводящего объекта с помощью метода двухпетлевого индукционного частотного зондирования проведено численное моделирование задачи погруженной проводящей S-плоскости в поле двухпетлевой установки ИЧЗ для набора параметров продольной проводимости S и глубины. Построена палетка для определения глубины залегания h и величины продольной проводимости S.
3. На основе полученной системы объемных векторных интегральных уравнений для расчетов напряженностей гармонического электромагнитного поля в среде, содержащей проводящие трехмерные проводящие объекты, создан комплекс программ для математического моделирования в среде Delfi 7. Проведен некоторый объем тестовых и рабочих расчетов гармонического электромагнитного поля применительно к различным индуктивным методам электроразведки, применяемым при поисках месторождений проводящих руд и исследованиях геоэлектрического строения земной коры.
4. Интеграционный проект УрО и СО РАН «Деструкция земной коры и процессы самоорганизации в областях сильного техногенного воздействия», блок «Разработка теории и методики комплексного сейсмоэлектромагнитного активного мониторинга процессов естественной и вызванной активизации и самоорганизации геологической среды на основе принципов физической мезомеханики».
Отв. исп. д. ф.-м.н. Хачай О. А., финансирование 20 000 руб.
Основные результаты. Разработан новый подход для организации пространственно-временного комплексного активного и пассивного сейсмического и электромагнитного мониторинга для предотвращения разрушительных динамических явлений. Анализ динамических явлений на Таштагольском подземном руднике позволяет сделать следующие выводы:
- при отработке конкретного блока массива весь массив шахтного поля испытывает изменение напряженно-деформированного и фазового состояний от взрыва к взрыву;
- количество поглощаемой и отдаваемой массивом энергии не равно друг другу и поэтому в массиве происходит накопление энергии;
- процесс отдачи энергии происходит с запаздыванием и сильно зависит от градиента поглощаемой энергии от массовых взрывов;
- в массиве возникают зоны динамического затишья. Эти зоны следует отслеживать с помощью данных сейсмологического мониторинга, используя предложенные нами параметры.
-после выхода из минимума затишья необходимо в течение недели или двух недель до момента технологического обрушения необходимо проводить пространственно-временной активный электромагнитный или сейсмический мониторинг по выявлению зон потенциальной неустойчивости второго ранга;
-эти зоны могут быть после массового взрыва обрушения источниками сильных динамических явлений.
Таким образом, введение в систему отработки предлагаемого комплексного пассивного и активного геофизического мониторинга, нацеленного на изучение переходных процессов перераспределения напряженно-деформированного и фазового состояний может способствовать предотвращению катастрофических динамических проявлений при отработке глубокозалегающих месторождений. Методы активного геофизического мониторинга должны быть настроены на модель иерархической неоднородной среды.
5. Интеграционный проект УрО РАН с ДВО РАН. «Построение плотностных моделей земной коры юга российского Дальнего Востока и Урала по гравитационным данным».
Руководитель – член-корр. РАН П.С. Мартышко, финансирование 240 000 руб.
Основные результаты. Разработаны теория и алгоритмы для восстановления плотности слоистых структур. На их основе составлена программа для ПК и построены примеры практической интерпретации: построены карты распределения плотности в верхней части литосферы одного из районов Дальнего Востока.
6. Интеграционный проект УрО РАН с СО РАН «Разработка методологии построения и создание системы сейсмодеформационного мониторинга природных и техногенных землетрясений и горных ударов».
Руководитель – к.т.н. Сенин Л.Н., финансирование 20000 руб.
Основные результаты. Проведена доработка программного блока регистратора сейсмических сигналов «Регистр», обеспечивающая его взаимодействие с компьютером через стандартный порт USB (ранее использовался порт СОМ). Регистратор может применяться для записи ближних и удаленных землетрясений, для оценки сейсмоопасности участков и площадей, изучения геологических структур и др.
3.5. по грантам РФФИ
1. Проект № 04-05-64508а «Исследование структуры и термической эволюции Земли на стадии ее аккумуляции в 2D – модели».
Научный руководитель д.ф.-м. н., проф., г.н.с. Ю.В. Хачай, финансирование 300000 руб.
Основные результаты: На основе детализации предложенного механизма дифференциации вещества на стадии аккумуляции планеты выявлена необходимость явного учета двух зон «питания» зародыша планеты: исходной и формирующейся в процессе неоднородной аккумуляции. Получена модель с поправкой первого порядка.
2. Проект № 06-05-64084а. «Исследование теплопереноса в земной коре Урала по геотермическим данным».
Научный руководитель д.г.-м.н. Д.Ю. Демежко, финансирование 180000 руб.
Основные результаты: Сформулированы основные принципы моделирования теплового поля верхней части земной коры с учетом влияния климатических изменений прошлого и вертикальной фильтрации подземных вод. Получены аналитические решения одномерных задач теплообмена для различных гидрогеологических условий. Для оценки стабильности гидрогеологического режима и оценки влияния пограничного слоя (снежный покров, почва) на распространение климатического сигнала были оборудованы две станции непрерывного температурного мониторинга (о. Кунашир, геофизическая обсерватория «Арти»).
3. Проект № 04-05-64101а «Проблема формирования литосферы Уральского складчатого пояса и особенности проявления его глубинной структуры в электромагнитных полях».
Научный руководитель д.г.-м.н. А.Г. Дьяконова, финансирование 250000 руб.
Задание – изучение структурно-тектонических связей с особенностями геоэлектрического строения коры и верхней мантии по ряду опорных субширотных геотраверсов Северного и Среднего Урала.
Основные результаты: Продолжены полевые исследования комплексом электромагнитных методов (ИЭМЗ, АМТЗ, МТЗ) в Предуральском прогибе и на востоке Восточно-Европейской платформы на опорных профилях Северного и Среднего Урала. Выполнена обработка экспериментального материала по Свердловскому пересечению протяженностью 900 км (Аскино-Арти-Камышлов-Орлово) в 116 пунктах зондирования. Построены амплитудные и фазовые кривые кажущегося удельного сопротивления, определена продольная проводимость литосферной части разреза. Проводится численное моделирование с учетом полученного материала для построения геоэлектрической модели тектоносферы Среднего Урала.
4. Проект № 05-05-65177а «Изучение природы и закономерностей пространственно-временных изменений сейсмоакустической эмиссии геосреды по наблюдениям в сверхглубоких скважинах».
Научный руководитель: к.т.н. А.К. Троянов, финансирование 320000 руб.Основные результаты: Выполнены измерения сейсмоакустической эмиссии (САЭ) в скважинах на Урале (Чусовское месторождение), в Воронежский глубокой скважине №1 в интервале глубин 250-3007 м, Полтавской скважине в интервале глубин 250-3600 м. На примере обработки результатов измерений САЭ в Кольской СГ-3, Уральской СГ-4, Ново-Елховская № 20009 показано, что во временных вариациях акустических сигналов в нарушенных (трещиноватых) породах присутствуют доминирующие периоды в диапазоне 4-20 с. В плотных породах на спектрах огибающей сигналов САЭ доминирующие периоды отсутствуют. Таким образом, нарушенные (ослабленные) зоны являются наиболее чувствительными к внешним деформационным процессам.
5. Проект РФФИ – Урал № 04-01-96095 «Динамические модели загрязнения воздушной среды в городской агломерации Екатеринбург - Первоуральск - Ревда - Дегтярск - Арамиль - Кольцово - Березовский – Среднеуральск».
Совместно с УГГГУ, Уральским МТУ РОСГИДРОМЕТА.
Научный руководитель член-корреспондент РАН В.И.Уткин, финансирование 75 000 руб.
Основные результаты: На основе данных космических съемок проведена инвентаризация основных загрязнителей воздуха по Свердловской области. С учетом имеющихся каталогов загрязнителей и транспортных потоков, данных мониторинга наблюдательных постов и метеостанций Росгидромета, реестра стандартных загрязнителей и картографических данных М 1: 100000 создана информационная основа для решения прямой задачи мониторинга воздушной среды. Разработана концепция динамической модели и программные средства для изучения процессов накопления и переноса загрязнения воздушной среды. Реализована динамическая модель для наиболее типичных метеоусловий. Разработаны алгоритмы и программные средства по решению обратной задачи рассеяния. Реализована динамическая модель для наиболее типичных метеоусловий. Это позволит более точно осуществлять прогноз по возможному переносу загрязнителей воздушной сферы в окрестностях Екатеринбурга.
6. № 06-05-74639-з travel-grant д.г.-м.н. Д.Ю. Демежко. Оплата расходов научной командировки на VI международную конференцию «Heat Flow and the Structure of the Lithosphere» (Тепловой поток и структура литосферы), Чехия, 05-11 июня 2006.
Финансирование 17000 руб.
7. Грант РФФИ на проведение 33-й сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей». (г. Екатеринбург, 29 января- 3 февраля 2006 г.).
8. Грант РФФИ на проведение международного семинара «170 лет обсерваторских наблюдений на Урале. История и современное состояние». (г. Екатеринбург, 17-23 июля, 2006 г.).
4. СВЕДЕНИЯ О РАБОТАХ, ВЫПОЛНЕННЫХ:
4.1. по договорам, заказам отечественных заказчиков
Форма 3
Перечень работ по использованию результатов научных исследований
выполненных в 2006 г.
| № | Наименование проекта (заказа, задания) | Организация- заказчик | Сроки исполнения | Содержание работ | Значение разработки, сферы использования, цель внедрения |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Раздел I. Разработки, реализованные в производстве, практике исследований (* - наиболее важные) | |||||
| 1* | Наземные геофизические исследования методом дифференциального электропрофилирования. | КомАтома РФ. | 2006 | Исследования проведены на грунтовой плотине П-11 – последней плотине Теченского каскада водоемов (Челябинская обл.). Выполнен следующий объем работ: дифференциальное электропрофилирование – 147 пунктов; дистанционное зондирование – 63 пункта; частотное зондирование – 68 пунктов; кондуктивное зондирование – 38 пунктов. | Исследования осуществлены по трем профилям: по гребню, по борту плотины и вдоль нижней дороги. Выявлено восемь очагов просачивания воды сквозь тело плотины. Часть аномальных участков подтверждена буровыми работами. Полученные материалы использованы для проектирования и организации строительных работ по сооружению бетонной стены-завесы вдоль гребня плотины. Протяженность завесы 1.6 км, ширина около одного метра, распределение на глубину 10-12 м. |
| 2 | Геолого-геофизические исследования на фотоаномалии № 1 (Уфимского плато). | ИГГ УрО РАН | 2006 | На Уфимском плато с целью выявления кимберлитовых трубок выполнены электроразведочные работы методами электропрофили-рования и зондирования, а также заряда. | Построен геоэлектрический разрез на глубину до 200 м в труднодоступном районе без применения тяжелой техники и с минимальной экологической нагрузкой на окружающую среду. |
| 3 | Поиски медноколчеданных и медно-кобальт-колчеданных руд в пределах Ивановско – Дергамышской площади (геофизическое сопровождение) | ОАО «Бащкиргео-логия». | 2006 | Выполнены иаблюдения методом переходных процессов в модификациях зондирования профилирования и рамочно-петлевой детализации. Построены геоэлектрические планы и разрезы до глубины 500 м. | Проверка двух аномалий бурением выявила рудные подсечения мощностью до двух метров. |
| 4* | Геофизическое обеспечение поисков медно-колчеданных руд масштаба 1: 50 000 - 1: 10 000 в Александринском рудном районе (Челябинская область). | Восточная геолого-разведочная экспедиция | 2006 | Выделены перспективные участки известных и прогнозных рудных полей и рудно-вулканических центров. Проведены детализационные наблюдения с использованием модификаций импульсной электроразведки. | На Сабановском рудном поле уточнены возможные масштабы колчеданного оруденения, заверенные проверочным бурением. В районе Александринского рудно-вулканического центра выделено прогнозное Восточно-Александринское рудное поле. |
Общее количество разработок по разделу I – 4, из них 2 разработки наиболее значимы | |||||
Раздел II. Законченные исследования и разработки, переданные для реализации | |||||
| 1 | Поставка скважинного магнитометра-инклинометра МИ-3803М | ФГУП «Дальгеофи-зика» | 2006 | Передан скважинный магнитометр-инклинометр МИ-3803М | Разведка золоторудных месторождений. |
| 2 | Изготовление и поставка сейсморегистрирующей системы «Регистр-3М | ИГД УрО РАН | 2006 | Изготовлена и поставлена научно-техническая продукция – сейсморегистрирующая система «Регистр-3М» в количестве 3 экземпляров. Написан отчет, составлена техническая документация. | Изучение строения верхней части земной коры |
| 3 | Изготовление 24-канальной сейсморазведочной станции «Синус-24MS». Хоз. договор с № 11/2006. | ООО «Техноуголь». г. Владивосток | 2006 | Изготовлена и поставлена научно-техническая продукция – 24-канальная сейсморазведочная станция «Синус-24MS». Написан отчет, составлена техническая документация. | Изучение строения верхней части земной коры |
Общее количество разработок по Разделу II – 3, из них – 3 завершены полностью | |||||
5. ОСНОВНЫЕ ИТОГИ НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИНСТИТУТА
Форма 1
5.1. Сведения о тематике научно-исследовательских работ, выполненных институтом в 2006 году
| Количество тем (проек-тов) фундамен-тальных и при-кладных НИР | |||||||||||||
| В рамках базового финанси-р-вания | В рамках Феде-раль-ных целее-вых прог-рамм | В рамках фунда-мен-тальных прог-рамм Прези-диума РАН | В рамках фундамен-тальных программ Отделений РАН | По интегра-ционным программам с СО РАН и ДВО РАН | По другим програм-мам | Гранты РФФИ | Гранты РГНФ | Зарубеж- ные гранты | Междуна-родные Проекты | Контрак-ты с российс-кими заказчи-ками | Согла-шения с зарубеж-ными партне-рами | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
1* | 44 | 11 | 2 | 5 | 6 | 5 | 1 | 14 | |||||
2* | 13 | 1 | 2 | 10 | |||||||||
