Изучение геомеханики природных процессов в оболочках Земли, для оценки сопутствующих геологических рисков

Цель исследования состоит в совершенствовании методов оценки и прогноза геологических рисков, включая: сейсмический риск, риски сопряжённые с потерей устойчивости геомассивов и деградацией многолетнемёрзлых пород, на сновании изучения геомеханики соответствующих природных процессов. Изучение закономерностей и особенностей развития медленных землетрясений в зонах субдукции в результате развития самоподдерживающегося процесса неустойчивости и переходе системы в новое состояние равновесия, происходящего без увеличения сейсмической активности. Изучение влияния вязкости геоматериалов на характер процесса потери устойчивости в аномально стратифицированных геомассивах. Цель исследования – разработка методики, позволяющей предвидеть возможность возникновения динамически развивающихся катастрофических явлений в аномально стратифицированных вязкоупругих геомассивах. Изучение реакции процесса землетрясения на форсинг с целью предотвращения, инициирования или управления природной катастрофой Разработка численно-аналитических методов для анализа механического поведения систем трещин и изучении процессов эволюции таких систем и формирования разрушения в породном массиве, включая гидромеханические и тепловые воздействия на породы. Изучение закономерностей и особенностей геотермомеханических и фильтрационных процессов определяющих эволюцию скоплений газовых гидратов в земной коре в том числе и приводящих к представляющим геологическую опасность выбросам газа на поверхность. Исследование деградации мерзлых влагонасыщенных дисперсных пород, сопровождаемой резким изменением физических свойств, в том числе прочностных и фильтрационных на фоне в результате фазового перехода лед-вода. В случае оттаивания скальных трещиноватых льдистых возникают водоносные зоны - талики, которые определяют фильтрационно-емкостные свойства разреза. В процессе эксплуатации мерзлота подвергается как техногенным так и климатическим воздействиям, что увеличивает риски для объектов инфраструктуры. Актуальность изучения механизма реализации медленных землетрясения определяется тем, что с их помощью можно определить, где создаются зоны повышенных напряжений в земной коре и могут произойти крупные сейсмические события. При исследовании неустойчивости геосистем особую и чрезвычайно важную роль играет выяснение вопроса о скорости развития неустойчивости. Как известно, геоматериалы обладают очень большой вязкостью, наличие которой может существенно сказываться на процессах в Земле, и в том числе на процессе развития неустойчивости в неустойчивых геосистемах. Хорошо известно, что для систем, образованных аномально стратифицированными вязкими жидкостями, вязкость замедляет скорость развития неустойчивости, и тем в большей степени, чем она больше. При огромной вязкости процесс ухода такой механической системы от положения неустойчивого равновесия может растянуться на миллионы лет. В этом случае информация о неустойчивом распределении механических параметров и плотности в системе не говорит о риске быстрого и сопровождающегося катастрофическими явлениями ухода системы от положения неустойчивого равновесия. Однако поведение геоматериалов по ряду причин недопустимо отождествлять с поведением вязкой жидкости: это более сложная среда, сочетающая в себе как упругие, так и вязкие свойства, и такое отождествление приводит к возникновению неразрешимых внутренних противоречий при теоретическом анализе устойчивого и неустойчивого поведения геосистем. По этой причине нет никаких оснований утверждать априори, что процесс потери устойчивости в геосистемах происходит медленно: характер и темп развития неустойчивости в вязкоупругой среде заранее неизвестен и может быть выяснен только путем строгого исследования соответствующей механической задачи, которое не должно подменяться попытками (зачастую ошибочными) угадать ее решение. Если же указанный процесс развивается динамически, то это означает, что есть риск возникновения катастрофических явлений. Поэтому выяснение вопроса о темпе развития неустойчивости в геосистемах является актуальной задачей, в постановке которой должны фигурировать, в числе прочего, особенности принимаемой модели геоматериала. В работе предполагается: (1) выработать обоснованный критерий отбора моделей вязкоупругости для адекватного описания процесса ухода от положения неустойчивого равновесия в аномально стратифицированном вязкоупругом геомассиве; (2) на его основе получить оценки для скорости развития указанного процесса. Техногенные землетрясения, вызванные добычей полезных ископаемых или, например, заполнением водохранилищ, известны давно. Однако достаточно подробно они не изучены. Тематически они примыкают к другим процессам форсинга землетрясений (взрывы, воздействие приливных сил от небесных тел, воздействие на литосферу океана и атмосферы и т.д.) и должны изучаться с помощью общих, универсальных математических моделей. Это позволяет выработать общие методы для борьбы с ними и их последствиями. Проблема формирования разрушенных зон в массивах горных пород актуальна для различных приложений геомеханики: от объяснения формирования трещин магморазрыва (геология), моделирования сейсмических событий (сейсмология), при проведении гидроразрыва пласта или его разрушения от теплового воздействия (газо-нефтяная промышленность и горное дело), а также обеспечения надежности подземных хранилищ (экология) и т.д. Во всех этих случаях необходимо понимания процесса формирования разрушений и разработки методов управление им в различных геологических условиях Актуальность проблемы изучения процессов эволюции газовых гидратов (процессов их накопления и\или разложения) в земной коре вследствие воздействия изменений природных условий определяется тем что процесс эволюции состоит и в изменении гидратонасыщенности и может приводить как к изменениям физических и термо -гидродинамических свойств вмещающей газовые гидраты среды земной коры так и может приводить к рискам выбросов газа и разрушениям поверхности вмещающей среды и тем самым может представлять геологическую опасность. Актуальность исследования процессов сопровождающих деградацию мерзлых пород связана с огромными техногенными, экологическими, социальными и экономическими рисками для населения криолитозоны и многочисленных объектов инфраструктуры возведенных либо строящихся на мерзлоте. Геофизические методы контроля и мониторинга мерзлых массивов подверженных деградации, обусловленной антропогенными и климатическими факторами позволяют оценить как текущее состояние мерзлоты, так и давать ее опережающий прогноз. Описание задач, предлагаемых к решению: Исследование смещений в зоне субдукции позволит выполнить моделирование процесса формирования напряженного состояния на границах крупных литосферных плит, ответственного за сейсмический процесс и быстрые перемещения морского дна, приводящие к возникновению цунами. Исследование вопроса о возможности или невозможности собственных колебаний в вязкоупругих системах типа Фойхта в зависимости от соотношения между значениями вязкости, упругих модулей и размерами системы. Исследование вопроса о возможности или невозможности собственных колебаний в вязкоупругих системах типа стандартного вязкоупругого материала (с частным случаем модели Максвелла) в зависимости от соотношения между значениями вязкости, упругих модулей и размерами системы. Исследование задачи о развитии неустойчивости в случае неустойчивости соответствующей упругой системы сравнения. Исследование задачи о развитии неустойчивости в случае устойчивости соответствующей упругой системы сравнения. Исследовать с помощью созданной нами математической модели очага землетрясения характер и особенности генерируемых очагом сейсмических колебаний при воздействии силовых источников различного генезиса. Рассмотреть возможности усиления или, наоборот, подавления возникающих сейсмических колебаний.