Изучение геодинамики, минерагении, сейсмодинамики и строения верхней части литосферы с помощью сейсмометрических и других геофизических методов и аппаратуры

1 Система сейсмодинамического мониторинга, включающая аппаратно-программный комплекс «Регистр», изучение верней части геологического разреза методом сейсмического микрорайонирования и анализ виброшумов техногенного происхождения В соответствии с планами Программы исследований 2019 - 2021 г.г. выполнены научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы, проведены полевые испытания разработанного оборудования и способа сейсмического микрорайонирования, реализуемого с помощью данного оборудования в реальных полевых условиях, проведен анализ техногенных микросейсмических шумов, зарегистрированных оборудованием «Регистр». По настоящему разделу темы получены следующие результаты. 1. Выполнены аппаратные и программные доработки комплекса «Регистр», заключающиеся в разработке нового алгоритма регистрации первичных сейсмических данных, оперативное вычисление энергетических характеристик регистрируемых сигналов и фиксацию их во внутреннюю память регистратора. 2. Разработан новый способ сейсмического микрорайонирования (СМР) с использованием спектральных отношений H/V. Способ опробован в полевых условиях с помощью аппаратно-программного комплекса «Регистр». 3. Выполнены доработки комплекса, заключающиеся в разработке нового алгоритма работы приборной части, при котором расширяется возможность обмена данными между отдельными регистраторами и центром сбора информации за счет введения адаптивного приемника двоичных сигналов, разработан также модуль часов-календаря реального времени, введенный в состав аппаратной части регистратора. 4. Современная нормативная база, опирающаяся на последние разработки сейсмической науки, определенное внимание уделяет сейсмической устойчивости инженерных сооружений как в период их проектирования, так и на этапе строительства. Как правило, предусматривается периодическое обследование строительных объектов, включающее в том числе экспозиционный сейсмический мониторинг с целью определения ряда сейсмодинамических параметров и сопоставление полученных результатов с результатами предыдущих мониторинговых исследований. В особенности это актуально на участках и площадях застройки городских агломераций, расположенных над действующими тоннелями линий метрополитена. В 2020 году в рамках настоящей темы НИР проведена работа, посвященная решению отмеченной проблемы, а именно изучению с помощью сейсмометрических технологий и аппаратно-программного комплекса «Регистр» вибросейсмических колебаний поверхности грунта, расположенного над тоннелями линий метрополитена при прохождении по ним электропоездов. Кроме того, на поверхности этих же грунтов изучался уровень структурных (микросейсмических) шумов в периоды отсутствия движущихся поездов. 5. В 2021 г. разработана компьютерная программа обработки и расчета спектральных отношений результирующей горизонтальной компоненты сейсмического сигнала к вертикальной Reg3M_H/V. Программа является составной частью аппаратно-программного комплекса «Регистр». 6. Разработанная компьютерная программа «Reg3M_H/V» опробована при проведении сейсмического микрорайонирования (СМР) дамбы хвостохранилища горно-обогатительного комбината ЭРДЭНЭТ (Монголия). Программа обеспечила обработку и расчет спектральных отношений H/V в новом способе СМР, основанном на этих принципах. 7. Осуществлена разработка и дальнейшее опробование методического комплекса с применением аппаратно-программной системы «Регистр», современных способов измерения и обработки микросейсмических сигналов с целью выделения на исследуемой территории под строительство участков с максимальными амплитудами отклика на внешние упругие воздействия и учет их в дальнейшем при проектировании и строительстве. При этом используется коэффициент уязвимости – спектральный сейсмодинамический параметр при упругих воздействиях. 2. Изучение структуры земной коры Уральского региона по сейсмогравитационным данным. Создана единая глубинная основа Уральского региона М 1:2500000 для повышения уровня регионального тектонического районирования земной коры, консолидированного фундамента и нефтегазоперспективности осадочных бассейнов. Построена общая 3D разломно-блоковая плотностная модель верхней части литосферы на основе комплексных геолого-геофизических данных, в том числе сейсмических по профилям ГСЗ. Составлены схемы рельефа поверхности М, мощности кристаллической коры, тектонического районирования земной коры отдельных частей Уральского региона М 1:2500 000, объединенные в общую схему. Выполнено моделирование распределения плотностных неоднородностей верхней части литосферы. В 2019 году согласно плану НИР были составлены схемы рельефа поверхности М, мощности кристаллической коры, тектонического районирования земной коры юго-восточной части Уральской складчатой системы М 1:2500 000. Построена плотностная модель верхней части литосферы юго-восточной окраины ВЕП и юго-западной части Уральского региона. На основе построенных по 6 профилям ГСЗ сейсмогеоплотностныv моделям выполнено глубинное тектоническое районирование верхней части литосферы с выделением на основе составленной разломно-блоковой модели структур разного порядка и создана тектоническая схема кристаллической коры верхней части литосферы восточной окраины Прикаспийской впадины и соседних с ней структур Восточно-Европейской платформы и Уральской складчатой системы. В 2020 году рассмотрены вопросы строения и нефтегазоносности нижней части осадочного слоя (додевонский мегакомплекс) юго-восточной части Восточно-европейской платформы с учетом строения кристаллической коры. В результате анализа геолого-геофизической информации составлены схемы: тектонического районирования коры, рельефа консолидированного (докембрийского) фундамента, поверхности Мохоровичича М, а также сейсмогеологическая модель земной коры по геотраверсу Татсейс. Установлено, что кристаллический фундамент разделяется на принципиально отличающиеся друг от друга по возрасту и строению мегаблоки: нижнеархейский на западе и нижнепротерозойский протогеосинклинальный, частично гранитизированный в рифее, на востоке. Мегаблоки разделяет Бирско-Аксеновская зона, являющаяся звеном общерегиональной Калтасинской пограничной зоны Восточно-европейской платформы. Выполнена увязка геолого-геофизических данных по сети профилей глубинного сейсмического зондирования на территории восточной части Прикаспийской впадины. Разработаны алгоритм и программа составления 2.5D сейсмогеоплотностных разломно-блоковых моделей по профилям ГСЗ. Построены соответствующие модели по профилям ГСЗ, которые послужили основой для составления 3D разломно-блоковой плотностной модели первого приближения верхней части литосферы восточной части Прикаспийской впадины М 1:2500 000. В 2021 году составлена разломно-блоковая сейсмогеоплотностная модель верхней части литосферы по профилю ГСЗ 3-АР в районе южного сегмента Карской впадины (69,5°–75,5° с.ш.; 54°–78° в.д.). По данным глубинного ОГТ и ГСЗ построен сводный сейсмический разрез по профилю 3-АР на котором выделены преломляющие площадки, построенные по кинематическим параметрам преломленных волн со значением граничной скорости; возможное положение границы М по отраженным волнам в нижней части земной коры; глубинные разломы. Проведенные исследования позволили в 2021 году составить объединенную 3D разломно-блоковую сейсмогеоплотностную модель верхней части литосферы Северной, Средней и Южных частей Урала на основании сведенных воедино, построенных ранее 3D моделей отдельных регионов Урала. Во всем изученном регионе выделена поверхность основного сейсмогеологического раздела М. 3 Разработка методик комплексного использования геофизических методов для изучения современного деформирования земной коры, техногенных, геологических и археологических объектов В рамках работ по данному разделу проводись исследования методик применения комплекса геофизических методов, включая анализ магнитного, гравитационного поля, электроразведочные методы, методы дистанционного зондирования и геодинамики для изучения различных геологических и искусственных объектов. Исследованы физические свойства образцов пород, отобранных в районе Манчажской кольцевой структуры. Усовершенствованы алгоритмы и программы инверсии гравитационного и геомагнитного поля, в разрезы плотности и намагниченности. Построена объемная модель Манчажской кольцевой структуры по комплексу геомагнитных и гравитационных данных. Предложена модель современного деформационного процесса Уральского региона, позволяющая оценивать потенциальную геодинамическую опасность для любых природных и техногенных объектов. Выполнен геодинамический гравиметрический мониторинг и усовершенствованы методы построения геодинамической модели современного деформирования земной коры Среднего и Южного Урала, и более обширных территорий. С использованием дополненной базы данных составлена современная динамическая модель деформирования земной коры Среднего Урала. Проводился мониторинг геомагнитного поля в районе Катав-Ивановского землетрясения (4.09.2018, М5.8/5.4). Комплексные геофизические исследования (микромагнитная и георадиолокационная съемка) применены для исследования археологических объектов бронзового века, включая ряд поселений и древние карьеры. Установлено, что расположение локальных магнитных аномалий позволяет локализовать положение грунтов, извлеченных из карьера. На основе георадарной съемки определен рельеф дна древнего карьера во время его эксплуатации и построена объемная модель рудника. Это позволило оценить объем переработанных грунтов, количество добытой руды и выплавленной меди. На примере двух регионов (Средний Урал и Магаданская область) выполнен анализ (в т.ч. с использованием аппроксимационных методов) применимости общеземных баз геопотенциальных полей для выполнения региональных исследований Проанализирована методика и технология выполнения съемки с применением многоканальных высокочувствительными магнитометров. Интерпретация магнитометрических данных с применением аппроксимационных методов позволяет находить параметры аномалообразующих объектов и принимать решения, необходимые в процессе их извлечения. Технологии опробованы для решения инженерных задач, в том числе при поиске техногенных объектов а также метеоритного вещества. Для работы в составе автоматизированной системы регистрации и спутниковой привязки к местности геофизических данных разработан макет индукционной электроразведочной аппаратуры для метода ДЭМП. Опытно-методические работы с применением этой системы на пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах показали эффективность проведения съемки в том числе с применением магнитной градиентометрии. Всего по результатам исследований за 2019–2021 гг. опубликовано 37 статей в рецензируемых научных журналах, их них: 5 в журналах, индексируемых в ведущих БД WoS или Scopus, 18 в журналах из списка ВАК, 14 в журналах, индексируемых в РИНЦ. Опубликовано 22 расширенных доклада на международных конференциях, проиндексированных в Scopus, 4 тезисов докладов опубликованы в спец-выпусках журнала Meteoritics & Planetary Science, имеющем Q1 по категории «Геофизика» в SJR (Web of Science), сделано 4 доклада на конференциях, материалы которых проиндексированы в РИНЦ. Вышла 1 монография, опубликованы 4 главы в коллективной монографии, получен 1 патент и зарегистрирована 1 программа для ЭВМ.