Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 35-36 (2471-2472) 10 сентября 2004 г.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
В ГЕОФИЗИКЕ ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИ

При создании Сибирского отделения АН СССР многие его институты значительную часть своих исследований посвящали изучению природных процессов и ресурсов Сибири. Под руководством академика Г. Марчука в ВЦ развивались новые математические модели динамической метеорологии, физики гидросферы, экологической метеорологии, физики твердой Земли. Многие численные методы и комплексы программ используются в прогнозе погоды, в мониторинге экологических процессов, в сейсморазведке и в сейсмологии на территории Сибири.

В проблемах изучения атмосферы и гидросферы обычно имеется возможность анализировать пространственно временную структуру, материальный состав, физическое состояние (давление, температура, перемещение и т.д.) объектов путем контактных измерений его свойства. При исследовании литосферы Земли такой возможности нет. Используются дистанционные методы — сейсмический, геоэлектрический, геотермический и т.д., основанные на измерении и интерпретации свойств геофизических полей. Это приводит к дополнительным математическим проблемам моделирования и обработки данных в геофизике твердой Земли. Неизбежно возникает класс нетрадиционных математических задач — обратных задач геофизики, имеющих ряд принципиальных особенностей в отношении существования, единственности и устойчивости их решения. Эти особенности долгое время рассматривались как признаки математической некорректности задачи, вызывали резкую критику и неприятие со стороны многих математиков и геофизиков.

Достоверность результатов определения внутреннего строения Земли, изучения геодинамических процессов, разведки полезных ископаемых сейсмическими методами существенно зависит от реалистичности математических моделей. Математическая модель волновых процессов является объединением двух взаимодополняющих субмоделей: прямой и обратной задач теории распространения упругих волн. Прямые и обратные задачи существенно различаются в процедурах интерпретации наблюдений: первая нацелена на анализ волновых проявлений в средах известного строения, вторая — на синтез объектов изучения на основе измеренных полей. Они должны отражать прямую и обратную связь свойств объектов и полей и быть эквивалентными по способности количественно отображать реальную сложность пространственной и механической структуры объекта.

Желаемой эквивалентности прямых и обратных задач в теории распространения и в методах обработки сейсмических полей еще не имеется. Прямые задачи сейчас можно численно решить практически для любой неоднородной трехмерной модели среды. Обратные же динамические задачи численно решены лишь для одномерных и близких к одномерным моделям сред. Этот разрыв не позволяет использовать замкнутый цикл исследования сложных практических задач сейсмологии и сейсморазведки. Основные усилия сотрудников ИВМиМГ направлены на ликвидацию этого разрыва.

В области физики твердой Земли в Сибири в 60-е годы возникли проблемы поиска и разработки месторождений нефти и газа в северных болотистых регионах с зонами вечной мерзлоты. Геологический молоток добывал здесь мало информации для разведки месторождений углеводородов. Основную роль играло бурение, подготовленное геофизическими, в основном сейсмическими методами разведки. Развитие этих методов в геофизических организациях Сибири и институтах СО АН сделало возможным обнаруживать до 80% месторождений нефти и газа на основе сейсмических данных, без опережающего бурения. Это обстоятельство сэкономило крупные средства. Расходы на создание Сибирского отделения окупились уже только за этот счет. О вкладе Сибирского отделения в решение проблем нефтяной отрасли сейчас уместно вспомнить, осознавая роль сибирской нефти в современной экономике России.

Развитые по инициативе ВЦ СО АН совместными усилиями институтов Геологии и геофизики, Горного дела методы вибропросвечивания Земли, приобретшие сейчас название «активной сейсмологии» и международное призвание сейсмологов, привели к существенному развитию физико-математической теории и технологических принципов среднесрочного прогноза землетрясений.

Опыт практического использования методов численного моделирования динамических свойств волн в сейсморазведке и в сейсмологии в течение 40 лет приводит к «осторожно-оптимистическим выводам» относительно развития новой динамической технологии в сейсмике. Применение прямых задач в разные годы и в разных проблемах приносило неоднократно успех, когда речь шла о выяснении физической природы регистрируемых волн и общих закономерностей формирования сложных характеристик общей структуры волнового поля. Одним из первых и достаточно успешных опытов был анализ природы волн в ГСЗ в 60-70-е годы, когда динамические методы анализа позволили квалифицировать существенную по энергии и информации часть волнового поля как запредельно-отраженные волны от глубинных границ в земной коре. Массовые расчеты динамики волн в ГСЗ практически для всех районов работ к 1980-м годам позволили уточнить модели земной коры.

В сейсморазведке прямые динамические задачи также сыграли во многих районах важную роль. В частности, в Красноярском крае в Юрупчено-Тахомской зоне на некоторых участках не выделялись отраженные волны из-за сложного строения верхней части разреза и интенсивных, многократно отраженных волн, связанных с трапповыми полями. После использования чисто геологической схемы строения для расчета волнового поля и переосмысливания природы волн, удалось разобраться с «суммированием» — с накоплением отраженных волн. Методы расчета динамики волн были широко распространены в период изучения Тюменских нефтяных провинций.

Гораздо меньше практического опыта накоплено в применении обратных динамических задач. Это, по-видимому, закономерно, так как методов синтеза сложных многомерных моделей среды пока не создано. В многомерных случаях чаще всего применяют методы оптимизации, которые по своей природе неустойчивы и возвращают дело к решению большого числа прямых задач для сложных моделей сред.

Поэтому следует признать актуальность дальнейшего развития методов решения прямых задач с использованием современных высокопроизводительных ЭВМ — как общий вывод из опыта развития динамических моделей сейсмики.

Для усовершенствования технологических принципов в сейсмических исследованиях, а также в геофизике вообще, необходимо развивать численные методы решения эквивалентных по сложности моделей обратных задач.

А. Алексеев, академик
Б. Михайленко, чл.-корр. РАН

стр. 8

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?13+303+1