Лаборатория прикладной геофизики и вулканологии 703
Заведующий лабораторией д.ф-м.н. Собисевич Алексей Леонидович
Сотрудники лаборатории
- Барков Владимир Семёнович, техник 1 категории
- Голубев Владимир Геннадьевич, старший научный сотрудник
- Ивакин Андрей Николаевич, ведущий инженер
- Лаверова Нинель Ивановна, инженер
- Максакова Антонина Алексеевна, техник 1 категории
- Микадзе Эльвира Ильинична, старший инженер
- Науменко-Бондаренко Игорь Ильич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
- Руденко Олег Владимирович, член-корреспондент РАН, профессор, главный научный сотрудник
- Собисевич Алексей Леонидович, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник (руководитель лаборатории)
- Собисевич Леонид Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник
- Уткин Иона Сергеевич, старший научный сотрудник
- Уткина Людмила Ивановна, научный сотрудник
Основные направления научных исследований
Сотрудники лаборатории ведут научные исследования по нескольким направлениям:
1. Исследование математических моделей волновых (сейсмических) полей в геофизической среде с учетом наличия локальных резонансных структур.
2. Развитие современных механико-математических моделей, используемых при изучении процессов возбуждения и трансформации сейсмических полей на неоднородностях геологической среды с целью уточнить некоторые особенности волновых полей в многослойном неоднородном вязкоупругом полупространстве при заданных условиях возбуждения.
3. Проведение масштабных экспериментальных полевых (экспедиционных) исследований в районе Эльбрусского вулканического центра и в Таманской грязевулканической провинции .
4. Создание и применение автономных систем сбора, передачи и первичной обработки геофизической информации в интересах многопараметрического мониторинга потенциально опасных природных объектов.
5. Исследования по всем основным задачам, составляющим существо комплексной проблемы, связанной с особенностями сейсмоактивных флюидно-магматических систем Северного Кавказа, оценкой потоков энергии и вещества в изучаемом регионе при извержениях наземных и подводных грязевых вулканов, включая:
• важнейшие факторы воздействия вулканизма на природную среду, анализ режимов извержений вулканов и оценка летучих в магмах и выбросах грязевых вулканов;
• изучение активности грязевых вулканов, функционирующих в Таманской грязевулканической провинции и исследование наведенных геофизических полей в районах вулканических построек;
• оценку структуры сейсмических полей в связи с флюидной активностью вулканических выбросов грязевых вулканов на разных стадиях извержения и трансформации развивающихся структур дилатансного типа в теле вулканической постройки.
Основные программы научных исследований, проводимых сотрудниками лаборатории
2.1. Плановая научно-исследовательская работа «Мониторинг магматических структур вулкана Эльбрус» (номер государственной регистрации 01 2000 10404, научный руководитель темы профессор, д.т.н. Собисевич Л.Е.).
2.2. Работы в рамках Программы №13 фундаментальных исследований Президиума РАН «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы», проект 1.4: «Математические модели и экспериментальные технологии анализа волновых процессов, отражающих отдельные этапы развития катастрофических событий в неоднородных геологических структурах», руководитель проекта д.т.н. Собисевич Л.Е.).
2.3. Работы по грантам РФФИ: Исследование наведенных волновых процессов, обусловленных неоднородными структурами грязевых вулканов. (Грант РФФИ 03-05-64020-а, руководитель д.т.н. Собисевич Л.Е.).
2.4. Работы по программе «Интеграция»: Изучение грязевого вулканизма в южных регионах России Грант «Интеграция Э-025» (руководитель д.ф.-м.н. Собисевич А.Л.).
2.5. Работы по региональной программе «Северный Кавказ»: проведение ОКР направленной на создание первой на Северном Кавказе полномасштабной геофизической обсерватории (ответственный исполнитель д.ф.-м.н. Собисевич А.Л.).
Основные результаты
В 2004 году проводились работы по созданию первой очереди Эльбрусской геофизической обсерватории. Первая очередь геофизической обсерватории, включающая сейсмическую, наклонометрическую и магнитовариационную станции (рис. 4.1), размещена в специально оборудованной горной выработке под горой Анадырчи (заглубление 1500 метров от входа) в главной штольне Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН (научный руководитель работ – д.ф.-м.н. Собисевич А.Л).
| Рис. 4.1.Общий вид первой очереди Баксанской геофизической обсерватории в районе Эльбрусского вулканического центра; заглубление 1500 метров. |
В 2004 году получены первые результаты натурных наблюдений тонкой структуры наведенных геофизических полей в районе Эльбрусского вулканического центра (см. рис 4.2 и рис. 1.5).
А. Запись землетрясения 2004/11/15/. Время в очаге 10:21:07.8000. Сев.- зап. Кавказ: Ш 44.232; Д 39.562.
М=4.7. H =10 км.
В. Запись землетрясения 2004/09/05/. Время в очаге 14:57:18.6100. О. Хонсю, Я: Ш 33.184; Д 137.991.
М 7.4. H =10 км.
Рис. 4.2. Примеры регистрации сейсмических событий в районе Эльбрусского вулканического центра.
В тонкой структуре наведенных сейсмических процессов удается наблюдать волновые формы, отражающие наличие крупномасштабных неоднородностей в теле вулканической постройки. В числе таких неоднородностей промежуточная магматическая камера и магматический очаг.
|
Рис. 4.3а. Фрагмент регистрации вариаций магнитного поля (магнитной бури) в непосредственной близости от магматического очага (а). Наблюдаемые особенности в тонкой структуре магнитного поля связаны с наличием магматических образований в районе Эльбрусского вулканического центра. К -индекс Дж. Бартельсома. . |
|
Рис.4.3б. Соответствующий фрагмент записи магнитной бури (б) на магнитно-вариационной станции ИЗМИРАН в г. Троицке, Московская обл. |
и рис. 4.3). Поступление геофизической информации продолжается, что открывает широкие возможности для непрерывного мониторинга вулкана Эльбрус и прилегающих территорий.
В результате выполнения комплексных теоретических и экспериментальных исследований получены новые результаты в рамках крупной научной проблемы, связанной с развитием методов анализа сложных геологических структур и построением новой технологии мониторинга вулканов.
Удалось подтвердить экспериментально обнаруженные нами ранее динамические особенности магматического очага и магматической камеры. При исследовании магматических структур вулкана Эльбрус установлено, что магматическая камера и магматический очаг, расположенные в слоистом полупространстве, каким представляется вулканическая постройка, порождают локальные резонансные эффекты. Собственные частоты таких неоднородных образований могут быть проконтролированы экспериментально и проанализированы теоретически с использованием развиваемых геотехнологий на примере полости соответствующей конфигурации в бесконечном упругом полупространстве, упругие характеристики которого соответствуют среде, содержащей магматический очаг или магматическую камеру. Спектр этих колебаний достаточно широк и определяется размером, конфигурацией и взаимным расположением магматических структур в теле вулканической постройки.
Прямое изучение состава вещества отдельных потоков и их свойств (раство-ренного и взвешенного вещества, газовых фаз) позволило понять процессы взаимо-действия между геосферами на уровне трансформации волновых и геологических форм, возникающих при перетекании разных видов вещества (биогенного, вулканогенного и др.) и потоков энергии (тепловой, механической, электромагнитной и др.) в районе Эльбрусского вулканического центра.
Резюмируя результаты этой многолетней работы, связанные с анализом динамических особенностей разномасштабных резонансных геологических структур в регионе и в районе вулкана Эльбрус, следует, прежде всего, отметить, что здесь удалось изучить в первую очередь основные динамические характеристики магматического очага и магматической камеры. Знание основных резонансных особенностей этих образований необходимо при создании количественной теории резонансных взаимодействий в геофизической среде в процессе эволюционного развития стратовулкана и на этапе подготовки извержения.
Рис. 4.4. Вулкан Эльбрус. Вид со стороны Баксанской обсерватории
Сегодня есть все основания полагать, что уже выполненные, при непосредственном участии сотрудников лаборатории, гравиметрические и деформометрические исследования в сочетании с результатами математического моделирования, теплового дистанционного зондирования (тепловые снимки с системы американских спутников NOAA), проведения комплексных сейсмических наблюдений на базе новых геофизических технологий, с учетом материалов, полученных геологами и другими исследователями, позволили сделать достаточно обоснованное предположение о наличии в пределах Эльбрусского вулканического центра явно выраженного магматического очага и магматической камеры (рис. 4.5 – рис. 4.7).
|
|
Рис. 4.5. Температура земной поверхности в районе Эльбрусского вулканического центра
по результатам, полученным при расшифровке данных со спутника NOAA.
Анализ геологической, геоморфологической и гляциологической обстановок на вулканической постройке позволяет констатировать, что независимо от нахождения эруптивного центра, силы, типа будущих извержений Эльбруса и состава излившихся лав, активность вулкана, несомненно, может сопровождаться образованием катастрофических лахаров и наводнений, поскольку для их возникновения в пределах вулканической постройки везде имеются благоприятные условия.
Прдолжающиеся комплексные исследования (петролого-геохимические, изотопные, геофизические, GPS-измерения скоростей вертикальных и горизонтальных перемещений земной коры, тепловое дистанционное зондирование и гелиевая съемка) позволят более точно охарактеризовать глубинный магматический очаг, расшифровать более детально его динамику, оценить современное состояние мантии и в итоге дать оценку возможной активности вулкана Эльбрус и связанных с нею катастрофических последствий.
Для окончательного суждения о жизни этих вулканических образований, их тонкой структуре, размерах и глубинах залегания сотрудники лаборатории широко используют не только наземные геофизические технологии но и активно привлекают данные космического мониторинга поверхности Земли.
| Рис. 4.6. Вертикальный разрез поля тектонической раздробленности коры, проходящий через вулкан Эльбрус. Он ориентирован вдоль простирания Кавказа (1–область аномально пониженных значений поля тектонической раздробленности в низах базальтовой коры, рассматриваемая в качестве потенциального материнского очага, служившего в прошлом поставщиком магмы (для заполнения вулканических камер) и палеоизвержений; |
Рис. 4.7. Геоэлектрический разрез, интерпретация данных, полученных методом магнито-теллурического зондирования по линии Приэльбрусского профиля. Горизонтальная ось – расстояние по профилю в км, вертикальная ось – глубина в км, слева на разрезе – юг, справа – север, показаны изолинии сопротивлений [Арбузкин и др., 2002].
В интересах развития оперативных наблюдений на вулканических постройках сотрудниками лаборатории предложены и испытаны в натурных условиях новые сейсмические векторно-фазовые воспринимающие элементы (датчики), которые успешно используются в мобильных информационно-измерительных геоакустических информационно-измерительных системах.
Рис. 4.8. Сейсмогидроакустический приёмник СГАП-3 (совместная разработка ИФЗ РАН и ЦНИИ «Гидроприбор»).
\
Рис. 4.9. Сейсмогидроакустический приемник СГАП-2 (совместная разработка ИФЗ РАН и
ЦНИИ «Гидроприбор»).
Рис. 3.3.3. Сейсмогидроакустический приемник СГАП-4, установленный в непосредственной близости от грифона «Центральный», вулкан Шуго, Таманская грязевулканическая провинция.
Основные научные результаты (теоретическое и экспериментальное изучение резонансных свойств магматического очага и магматической камеры вулкана Эльбрус, результаты экспедиционных работ на Тамани, создание многоканальных автономных систем сбора геофизической информации, работы по плановым НИР, Федеральным и региональным программам и грантам РФФИ) опубликованы в открытой печати.
Рис. 3.1. 5. Вид на грязевой Вулкан Шуго. На переднем плане конус им. Г.И. Войтова.
Рис. 3.3.6. Точка 1. Вид на мобильную геофизическую информационно-измерительную систему, установленную у подножья сопки им. Г.И. Войтова.
Наши публикации
Монографии, статьи в реферируемых журналах и сборниках трудов ИФЗ РАН, доклады на международных конференциях, подготовленные в ходе выполнения плановых научных работ, отражают основные научные достижения научного коллектива.
Публикации 2011 (тест).
Полный список публикаций нашей лаборатории находится в открытом доступе в сети Интернет по адресу
Некоторые недавние работы:
Коллективная монография. Новейший и современный вулканизм на территории России. Под редакцией академика Н.П. Лаверова. М.: «Наука». 2005 (в печати). 42 п.л.
Коллективная монография. Природные процессы на территории Кабардино-Балкарии. Под редакцией академика Н.П. Лаверова. М.: «Наука». 2005 (в печати). 28 п.л.
Коллективная монография. Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками / Отв. ред. Г.М. Цибульчик. – Новосибирск: филиал «Гео» издательства СО РАН, ИВМиМГ СО РАН, 2004. – 387 с.
Катастрофические процессы и их влияние на природную среду. Том 1. Вулканизм. Монография. М.: ОИФЗ РАН, 2002. 434 c.
Катастрофические процессы и их влияние на природную среду. Том 2. Сейсмичность. Монография. М.: ОИФЗ РАН, 2002. 506 c.
Коллективная монография. Новые геотехнологии и комплексные геофизические методы изучения внутренней структуры и динамики геосфер. Монография. М.: ОИФЗ РАН, 2002. 475 c.
Руденко О.В., Собисевич Л.Е., Собисевич А.Л., Хедберг К.М. Рост энергии и добротности нелинейного резонатора с усилением его потерь // ДАН. 2002. Т. 383. № 3. С.330-333.
Руденко О.В., Собисевич Л.Е., Собисевич А.Л. Резонансный отклик гетерогенных структур вулканической постройки на внешнее воздействие // Материалы Всероссийской научной конференции «Геология, геохимия и геофизика на рубеже ХХ и ХХI веков», к 10-летию Российского фонда фундаментальных исследований. Москва, ОИФЗ РАН, 08 - 10 октября 2002 г. Том 3. «Геофизика». с. 151 - 152.
=== UNDER CONSTRUCTION ===
Международное и региональное сотрудничество
Международные и региональные связи лаборатории 703.
Университеты: Brunel University ( West London, http://www.brunel.ac.uk/), Universita di Udine ( Italy, Udine, web.uniud.it/), Blekinge Institute of Technology ( Sweden, Karlskrona, www.bth.se/eng/), Кубанский Государственный университет (Россия, Краснодар, www.kubsu.ru) и Кабардино-балкарский Государственный университет (Россия, Нальчик, http://www.kbsu.ru/) и др.
НИИ: НИИ Многопроцессорных вычислительных систем Таганрогского Государственного радиотехнического университета (Россия, Таганрог, http://www.mvs.tsure.ru/), ЦНИИ «Гидроприбор» (Россия, Санкт-Петербург,http://www.gidropribor.ru/) и др.
Планы работ
Развитие работ по многодисциплинарному мониторингу активных вулканов Кавказа (Эльбрус, Казбек) в том числе и с участием зарубежных партнёров, включение в Европейский проект Multimo (интерактивная база данных в открытом доступе с результатами многопараметрического мониторинга активных вулканов).
Продолжение комплексных геолого-геофизических исследований в районах проявления вулканизма на Северном Кавказе и грязевого вулканизма на территории Краснодарского края (Таманская грязевулканическая провинция). При этом достаточно внимания будут уделено изучению сейсмоактивных флюидно-магматических систем Северного Кавказа и прилегающих территорий.
Дальнейшее развитие теоретических фундаментальных исследований, в частности физико-математических и феноменологических моделей волновых процессов в окрестности магматического очага и магматической камеры, изучение нелинейных волновых явлений, теоретическое и экспериментальное исследование тепловых полей в районе Эльбрусского, Казбекского и Пятигорского вулканических центров, в том числе и с учётом данных теплового дистанционного зондирования.