Разработка и развитие технологических, методических и аппаратно-программных комплексов для изучения верхней части литосферы, ее структурных и геодинамических особенностей с помощью сейсмических, гравитационных и других методов геофизических исследований

1 Разработка и развитие методических и аппаратно-программных комплексов для изучения сейсмичности и сейсмодинамических характеристик объектов и сред В соответствии с планами Программы НИР в 2022 г. выполнены научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы и получены следующие научные результаты. 1. Выполнены аппаратные и программные доработки сейсморегистрирующего оборудования, заключающиеся в разработке нового мультиканального аналого-цифрового преобразователя, который обладает свойствами и техническими характеристиками, позволяющими использовать его в компактной автономной сейсмической аппаратуре, например, в многоканальной сейсмической станции, предназначенной для изучения структуры и физико-механических свойств верхней части грунтовой толщи. 2. Разработан новый способ сейсмического микрорайонирования (СМР), основанный на применении индекса (коэффициента) уязвимости как величины производной от спектральных отношений результирующей горизонтальной компоненты сейсмических волн к вертикальной H/V. 3. Разработана новая программа оперативной обработки и расчета спектров сейсмической информации, представленной сейсмограммой микросейсмических колебаний LogTimeSpectr. 4. Проведены исследования по практическому применению методов изучения верхней части геологического разреза, основанных на использовании отраженных и преломленных волн. Описаны измерительные приборы и системы наблюдения, используемые в настоящих исследованиях. 5. Изучен опыт организации временной сейсмологической точки наблюдения. Описан процесс регистрации и обработки цифровых записей с использованием специализированного программного обеспечения. Проведена оценка событий на предмет качества записи. В результате исследования получено количественное распределение по месяцам года. Используемая методика позволяет анализировать местные и близкие сейсмические события для последующей интерпретации и классификации. 6. Проведена оценка сейсмичности и сейсмоактивности Урала на современном этапе и связи эпицентров ощутимых землетрясений Урала с его омоложенными тектоническими структурами. Была проведена оценка пространственного расположения эпицентров ощутимых землетрясений Урала относительно разновозрастных тектонических структур путем сопоставления соответствующих геолого–тектонических схем Урала. 2 Изучение структуры земной коры Уральского региона по сейсмогравитационным данным Получение достоверной информации по геодинамике, тектонике и минерагении невозможно без привлечения сведений о глубинном строении земной коры и верхней мантии. Уральский регион покрыт достаточно плотной сетью профилей ГСЗ, что позволяет создать единую 3D разломно-блоковую плотностную модель Уральского региона. Построенные на ее основе геолого-геофизические модели и схемы тектонического районирования могут быть использованы для оценки перспективности площадей на поиски полезных ископаемых. В 2022 году научно-исследовательские работы, согласно плана НИР были посвящены изучению строения и неоднородностей кристаллической коры и верхов верхней мантии до глубины 80 км на основе впервые построенной 3D разломно-блоковой плотностной модели Урала и прилегающих территорий масштаба 1:2 500 000 в пределах трапеции с координатами 45–72º с.ш., 45–76º в.д., а также составлению схематических карт рельефа основных реперных границ – поверхности древнего архейского кристаллического фундамента (К01) и сейсмогеологического раздела Мохо (М). Исследования сопровождались дальнейшим совершенствованием методики создания объемной разломно-блоковой плотностной модели верхней части литосферы (ВЧЛ) с использованием сведений по имеющимся профилям и геотраверсам ГСЗ, откорректированным по методике глубинного геокартирования, интерпретации потенциальных полей и плотностного 2D– и 3D–моделирования. В частности, была опробована и реализована методика точной стыковки блоков между слоями по вертикали (без возможных незначительных недоборов или перекрытий блоков) на северо-западной части исследуемой территории в пределах координат 68–72º с.ш., 48–62 в.д., таким образом было начато изучение южной части Баренцево-Карского региона. Создана единая цифровая глубинная основа Урала и прилегающих территорий масштаба 1:2 500 000 для повышения уровня регионального тектонического районирования земной коры, консолидированного фундамента и возможной оценки нефтегазоперспективности осадочных бассейнов в увязке с глубинным строением ВЧЛ. 3 Разработка методик комплексного использования геофизических методов для решения различных геолого-геофизических и инженерных задач Данный раздел отчета содержит результаты работ, выполненных в соответствии с планом НИР по следующим пунктам: Создание алгоритмов и программ для расчета глобальных моделей деформирования и сейсмичности. В рамках данного пункта плана НИР в 2022 году построена глобальная модель волнового деформирования Земли на основе множества сферических волн. Сингулярные источники сферических волн находятся на основе сейсмологического каталога с применением алгоритма обратной четырехмерной засечки. Амплитуды возбуждения семейства волн определяются решением обратной линейной задачи по данным мировой сети мониторинга GPS/GNSS. Выписаны формулы для расчета всех элементов тензора деформаций и трех главных инвариант деформационного тензора. Описан способ снижения размерности обратной линейной задачи. Структура полученного решения изучена путем расчета различных элементов динамического деформационного тензора. Разработка методик комплексного использования геофизических методов (гравиметрия, электроразведка, магнитометрия, георадиолокация) для составления объемных моделей локальных объектов верхней части земной коры, решения инженерно-геологических задач и неразрушающего исследования археологических памятников на территории Уральского региона и сопредельных территорий. Предложен метод выявления морфологии интрузивных массивов по гравитационному и магнитному полю на основе решения линейных обратных задач, который является простым и эффективным инструментом и может использоваться при минимуме априорной информации о глубинном строении геологической среды. На примере археологических памятников (селище Подымалово, Башкортостан, поселение Заря, Челябинская область, предполагаемые курганные могильники вблизи дер. Коноплянка, Челябинская обл.) выполнены исследования методом магнитометрии и дипольного электромагнитного профилирования аппаратурой АЭМП-14 для картирования внутреннего строения памятников без разрушения культурного слоя. Отработана методика комплексирования магнитометрии и дипольного электромагнитного профилирования, получения данных, их обработки и интерпретации. Отработана технология применения дистанционных методов фотосъемки (получения данных, формирования цифровой модели рельефа с использованием высокопроизводительных вычислительных комплексов и ее обработки) с целью получения дополнительной информации о деталях структуры существующих и обнаружения новых археологических памятников на примере поселений бронзового века на Южном Урале. Разработка методики применения автоматизированной системы регистрации и спутниковой привязки геофизических данных к местности для комплексного применения методов (магнитометрия). В результате опытно-методических магниторазведочных работ на геофизическом полигоне компании «ДЖИ М Сервис», расположенном на севере Ленинградской области усовершенствована методика магнитных съемок с использованием беспилотных носителей (БПЛА). При выполнении съёмки с использованием автоматизированной системы регистрации и спутниковой привязки данных этого метода к местности с применением БПЛА удалось достичь точности съёмки 0.9 нТл.