8 февраля - День российской науки.

  Этот праздник был учреждён указом президента России Б.Н. Ельцина 7 июня 1999 года и впервые стал отмечаться во время празднования 275-летия Российской академии наук в 1999 году.

  Приурочен к дате основания Российской академии наук и Академического университета (ныне — Санкт-Петербургский государственный университет), учреждённых по повелению императора Петра I указом правительствующего сената от 28 января (8 февраля по новому стилю) 1724 года.

Важнейшие результаты, полученные в ИДГ РАН в 2022 г. при выполнении тем Государственного задания, работ по Грантам РНФ и РФФИ, хоз. договорам.

ВЛИЯНИЕ СИЛЬНЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ НА ГЕОФИЗИЧЕСКУЮ СРЕДУ

   Впервые в одном измерительном пункте с использованием уникальной научной установки «Среднеширотный комплекс геофизических наблюдений «Михнево» удалось зарегистрировать геофизические эффекты, вызванные извержением вулкана Тонга 15.01.2022 г. на расстоянии около ~15000 км.

  Анализ синхронных измерений разнообразных геофизических параметров (Рисунок) позволил исследовать воздействие молниевой активности вулкана на амплитуду Шумановского резонанса (1), сейсмические и микробарические возмущения (2, 3), вариации геомагнитного поля (4), возмущения концентрации микрочастиц (5) и электрического поля в приземном слое атмосферы (6), гидрогеологический отклик водоносных горизонтов (7).

Получение такой комплексной информации позволяет не только проследить динамику изменения физических полей, но и провести исследования механизмов взаимодействия геофизических возмущений в системе литосфера-атмосфера-ионосфера, влияния параметров среды на условия и скорость распространения различных агентов возмущения среды. Полученные данные используются для корректировки и развития физических и прогностических моделей атмосферы и ионосферы Земли.

1. Adushkin V.V., Rybnov Yu.S., Spivak A.A. Wave-related, electrical, and magnetic effects due to the January 15, 2022 catastrophic eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’aapai volcano // Journal of Volcanology and Seismology. 2022. Vol. 16. No. . P. 251-263. https://doi.org/10.1134/S0742046322040029

2. Gavrilov, B. G., Poklad, Y. V., Ryakhovsky, I. A., Ermak, V. M., Achkasov, N. S., & Kozakova, E. N. (2022). Global electromagnetic disturbances caused by the eruption of the Tonga volcano on 15 January 2022.// Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2022JD037411. https://doi.org/10.1029/2022JD037411

3. Э.М. Горбунова, И.А. Ряховский, Б.Г. Гаврилов, Ю.В. Поклад, С.М. Петухова, А.Н. Беседина. Вариации геофизических полей при извержении вулкана Тонга по данным уникальной научной установки «Михнево» // Геофизические процессы и биосфера. 2022. T. 21, № 4. https://doi.org/10.21455/GPB2022.4-1

4. Poklad, Y. V., Ryakhovsky, I. A., Gavrilov, B. G., Ermak, V. M., Kozakova, E. N., & Achkasov, N. S. (2022). Investigation of the reaction of Schumann resonances to short transient geophysical events under the influence of atmospheric electromagnetic noise. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2022JD036820. https://doi.org/10.1029/2022JD036820

РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ ВНУТРЕННЕГО ЯДРА

    На основе совместного анализа модельных (а, б) и измеренных (в) на 100 сейсмических станциях характеристик докритически отраженных от границы между внешним и внутренним ядром волн PKiKP получены пространственные оценки мелкомасштабных неоднородностей поверхности внутреннего ядра в виде рельефа высотой 1-2 км и латеральным размером 7.5-25 км. Впервые теоретические зависимости амплитуды волн PKiKP  от расстояния рассчитаны для частоты  колебаний  более 2 Гц  и поверхности внутреннего ядра Земли с различной формой рельефа.

   Рост внутреннего ядра, сопровождающийся высвобождением скрытого тепла, лёгких элементов и формирующего рельеф поверхности внутреннего ядра, поддерживает один из самых важных геофизических процессов Земли – конвекцию в жидком ядре, которой отводят главную роль в генерации и поддержании магнитного поля Земли.

O. Usoltseva, V. Ovtchinnikov Heterogeneity of the Earth's inner core boundary from the characteristics of the reflected waves: numerical models and observations. XIV International Conference and School «Problems of Geocosmos — 2022»,October 3-7, 2022. Peterhof, Russia.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ПРИ ЗАКАЧКЕ ЖИДКОСТИ

   Найдены условия перехода от медленных к сейсмогенерирующим подвижкам по тектоническому разлому в результате закачки жидкости через скважину, находящуюся вблизи разлома.

   Движения по разлому, вызванные изменением порового давления жидкости, могут происходить в форме медленных подвижек или приводить к землетрясениям. Реализация того или иного типа движения определяется параметрами закачки и условиями на разломе. Выполнены численные расчеты, в которых моделировались последствия закачки жидкости длительностью от 1.5 месяцев до 6 лет. В расчетах варьировались объем закачанной жидкости, расход при закачке, фрикционные свойства разлома, касательные напряжения на разломе. Найдено, что при определенных комбинациях параметров разлома и расхода жидкости возникают сейсмогенерирующие подвижки. Переход к такому режиму в рамках рассмотренной модели происходит скачкообразно, дальнейшее увеличение скорости закачки не приводит к росту скорости сейсмогенерирующей подвижки, достигающей значений 0,1-1 м/сек в зависимости от тектонических напряжений.

Слева – схема расчета. Справа - максимально достигаемая скорость скольжения в зависимости от скорости изменения давления и скорости роста области скольжения. Цветом обозначено расстояние от центра разлома до точки, в которой достигается максимальная скорость скольжения.

В. Ю. Рига, С. Б. Турунтаев. Сейсмичность при разработке месторождений углеводородов. // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2022. – № 9(129). – С. 32-39.

РАЗВИТИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ОЧАГАХ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ПРИ СДВИГЕ БЛОКОВ СКАЛЬНОЙ ПОРОДЫ МЕТРОВОГО МАСШТАБА

   Создана уникальная в России экспериментальная установка метрового масштаба, позволяющая проводить инструментальный контроль развития деформационных процессов в зонах лабораторных разломов с пространственно-неоднородной структурой, включая участки, содержащие области зацепления («asperity»).

   На установке воспроизведен весь спектр режимов скольжения по тектоническим разломам – от медленного крипа, который сопровождается излучением тремора, до динамических срывов со скоростью смещения в очаге до 0.1-0.2 м/с, при которых излучаются высокоамплутидные сейсмические импульсы. При высокоамплитудных динамических срывах, даже при относительно небольших средних нормальных напряжениях до 5 МПа, могут происходить фазовые превращения минералов, связанные с фрикционным нагревом в зонах зацепления.

Фото контакта блоков скальных пород в процессе проведения лабораторных экспериментов (слева) и распределение напряжений в окрестности очагов лабораторных землетрясений (справа)

   Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Павлов Д.В., и др. (2022). Лабораторные исследования закономерностей фрикционного взаимодействия блоков скальной породы метрового масштаба. Методика и первые результаты // Физика Земли. № 6. С. 162-174. DOI: 10.31857/S0002333722060060

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАССИВА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ ЗАРЯДАМИ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

  Разработана уникальная численная методика расчета изменения проницаемости массива горных пород в ближней зоне взрывов со сложной конфигурацией расположения зарядов ВВ.

Методика верифицирована на уникальных результатах натурных измерений при проведении крупных подземных взрывов и может быть использована для оценки изменения свойств массива в случае применения инновационных методов разработки месторождений сланцевой нефти, интенсификации притока на истощенных месторождениях углеводородов, при эксплуатации геотермальных ресурсов и т.д.

Впервые инструментально выявлено поствзрывное снижение уровня водоносного горизонта в дальней зоне массового взрыва при разработке месторождений полезных ископаемых Курской магнитной аномалии. Учет обнаруженного эффекта при проектировании взрывных работ в шахтах и на карьерах позволит снизить негативное техногенное влияние на водоносные горизонты.

   Горбунова Э.М., Беседина А.Н., Н. В. Кабыченко Н.В., Батухтин И.В., Петухова С.М. Постсейсмические эффекты массовых взрывов, выделенные при разработке железорудных месторождений КМА // Динамические процессы в геосферах, 2022, Т.14, № 1. С. 51–68. https://doi.org/10.26006/22228535_2022_14_1_51

Будков А.М., Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б. Оценка изменения проницаемости массива прочных горных пород в окрестности подземного взрыва по результатам численного моделирования // ФТПРПИ, №1, 2023.

Слева - пространственное распределение максимальных значений коэффициента относительного изменения проницаемости среды при взрыве ВВ в вертикальной трещине (0, 2) по оси ординат.

Справа - вариация уровня подземных вод, очищенного от влияния помех; красной стрелкой обозначен момент взрыва

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (BACK-STRESS) НА ВЕЛИЧИНУ ДАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИНЫ ПРИ ГИДРОРАЗРЫВЕ ПЛАСТА.

     Показано, что учёт удвоенного эффекта обратного напряжения (дополнительное сжимающее напряжение со стороны отфильтрованной в породу жидкости разрыва) позволяет объяснить частое расхождение измеряемых в лабораторном эксперименте величин и теоретических оценок давления образования трещины гидроразрыва.

   Данный эффект возникает в высокопроницаемых пластах в связи с существенными утечками жидкости разрыва в прискважинную область. В ходе предыдущих этапов работы было показано, что влияние обратного напряжения приводит к увеличению давления закрытия трещины гидроразрыва, что делает необходимым пересмотр оценок минимальных напряжений в пласте, полученных с помощью проведения мини-ГРП. В рамках данного исследования рассматривалось влияние эффекта обратного напряжения на величину давления образования трещины при гидроразрыве пласта. Актуальность полученного результата связана с необходимостью получения достоверных значений о фундаментальных физических механизмах реакции флюидных систем на техногенное воздействие для решения задач оптимизации и обеспечения безопасности разработки месторождений углеводородов; корректного численного геомеханического и гидродинамического моделирования пластовых систем.

                  Сопоставление величин давления образования трещины в модельном образце, полученных экспериментальным и теоретическим путем; иллюстрация возникновения обратного напряжения в окрестности трещины ГРП.

Novikova, E. V., Trimonova, M. A., Nachev, V. A., and N. V. Dubinya. "Impact of the Back-Stress Effect on Horizontal Stress Values Calculation in Hydraulic Fracturing Experiments." Paper presented at the 56th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, Santa Fe, New Mexico, USA, June 2022. doi: https://doi.org/10.56952/ARMA-2022-0402

КОМБИНИРОВАННАЯ АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ ПУЧКА И СИСТЕМУ КОРРЕКЦИИ АБЕРРАЦИЙ ВОЛНОВОГО ФРОНТА СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

   Представлена комбинированная адаптивная оптическая система, состоящая из корректора наклонов и системы коррекции аберраций волнового фронта.

   Стабилизатор положения светового пучка необходим для исключения смещений пучка, вызываемых атмосферной турбулентностью. Стабилизация осуществляется с помощью двух зеркал, способных изменять наклон по двум осям под воздействием электрического напряжения, приложенного к актюаторам зеркала. Диапазон стабилизации составляет +/- 100, частота коррекции – до 500 Гц. Вторая половина комбинированной системы представляет собой замкнутую адаптивную оптическую систему коррекции аберраций волнового фронта светового излучения. Коррекция осуществляется в реальном масштабе времени с частотой до 1000 Гц, точность коррекции λ/10, где λ – длина волны светового излучения.

Комбинированная адаптивная оптическая система

    

                       

J. Sheldakova, I. Galaktionov, A. Nikitin, A. Alexandrov, A. Kudryashov, V. Belousov, A. Rukosuev, "FPGA based laser beam stabilization system", Proc. SPIE 11987, pp.119870C, 2022. https://doi.org/10.1117/12.2614525

V. Klochkova, J. Sheldakova, I. Galaktionov, A. Nikitin, A. Kudryashov, V. Belousov, A. Rukosuev, "Local Correction of the Light Position Implemented on an FPGA Platform for a 6 Meter Telescope", Photonics 9(5), 322, 2022. https://doi.org/10.3390/photonics9050322.