Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время мировым сообществом ведется работа по подготовке к вступлению в силу Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ). Для того чтобы определить, действительно ли в нарушение ДВЗЯИ был произведен подземный ядерный взрыв (ПЯВ), организацией ДВЗЯИ должна проводиться международная инспекция на месте (ИНМ). В ходе ИНМ, в рамках технологий, оговоренных в Протоколе к ДВЗЯИ, могут применяться визуальные наблюдения, многоспектральная съемка, радионуклидные методы, методы газового анализа и геофизические методы.
Одной из технологий ИНМ, согласно Протоколу к ДВЗЯИ, является "Картирование гравитационного поля методом наземной гравиметрической съемки для обнаружения и локализации эпицентральной зоны подземного ядерного взрыва" (ТГМ). Гравиметрия была включена в список технологий ИНМ благодаря исследованиям, проведенным в СССР.
ТГМ практически не отличается от обычной методики гравиметрических наблюдений, используемой для решения геологических задач, но ее применение оказалось недостаточно эффективным для локализации места проведения ПЯВ при малой мощности заряда, заложенного на большой глубине. Ситуация с усовершенствованием ТГМ осложнилась тем, что для проверки теоретических гипотез возникновения аномалий силы тяжести в результате воздействия ПЯВ в разных геологических средах оказалось явно недостаточно экспериментальных материалов, а с момента объявления СССР в 1990 году моратория на проведение ядерных испытаний получение результатов экспериментальных наблюдений поля силы тяжести на недавно проведенных ПЯВ стало невозможным.
Направление и методы исследований. Объект исследования – плотностные неоднородности горной породы, образующиеся в результате воздействия ПЯВ. Предметом исследования являются методики, входящие в состав ТГМ.
Цель работы – усовершенствование ТГМ для обнаружения места проведения ПЯВ при заложении заряда малой мощности на большой глубине.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
модернизирована стандартная методика полевых гравиметрических наблюдений и обработки полученных данных (ГМ);
-
разработана методика для измерений вертикального градиента силы тяжести (ГГМ);
-
разработано программное обеспечение, позволяющее оперативно в полевых условиях, производить полную обработку гравиметрических наблюдений по всем методикам, входящим в состав ТГМ;
-
создана петроплотностная модель очага ПЯВ.
Были проведены следующие исследования:
разработка методики гравиметрических наблюдений на двух уровнях, используемых для вычисления вертикальных градиентов силы тяжести;
разработка новых алгоритмов обработки гравиметрических наблюдений, основанных на математической статистике;
разработка новой методики обработки обычных гравиметрических наблюдений (КГГМ);
разработка программного обеспечения, дающего возможность выполнять полную обработку результатов наблюдений в полевых условиях;
отработка методик гравиметрических наблюдений и обработка полученных данных в полевых условиях.
Информационную базу для исследования составили результаты полевых наблюдений автора.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Петроплотностное моделирование очага ПЯВ позволило сделать вывод о возможности использования гравиметрической съемки для картирования эпицентральной зоны ПЯВ.
-
Наиболее информативной количественной характеристикой поля силы тяжести является вертикальный градиент силы тяжести, по величине которого можно оценить среднюю относительную плотность приповерхностного слоя горной породы.
-
При вычислении аномальных значений наблюденного поля силы тяжести и относительной плотности промежуточного слоя горной породы необходим учет аномальных вертикальных градиентов силы тяжести.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:
-
Значения выделяемых аномальных полей силы тяжести и относительной плотности исследуемого горного массива по методике КГГМ, являются разностью результатов обработки наблюденного поля силы тяжести и поля силы притяжения модели, вычисляемых по одному и тому же алгоритму и с одинаковыми входными параметрами.
-
Имеется возможность, используя методику КГГМ, выявлять общие закономерности и характерные особенности распределения плотностных неоднородностей горного массива.
-
Предложены критерии выбора значений входных параметров для вычисления аномальных значений на основе анализа коэффициентов парной корреляции результатов расчетов аномальных значений и их комбинаций с исходными данными, позволяющие целенаправленно выявлять характерные особенности распределения плотностных неоднородностей горного массива.
Практическая значимость. Использование разработанных методик позволит создать действенный механизм контроля над возможными нарушениями ДВЗЯИ. Кроме того, методика КГГМ может быть использована для поиска полезных ископаемых, в инженерной геофизике – везде, где требуется детальное картирование аномалий поля сил тяжести и плотности приповерхностного слоя горного массива.
Достоверность и обоснованность. Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, подтверждены экспериментальными данными, полученными на реальных объектах.
Личный вклад автора. Основные результаты диссертационной работы получены непосредственно автором.
Апробация работы и публикации. Материалы, положенные в основу работы докладывались на международных семинарах им. Д.Г. Успенского на 26-й и 29-й сессиях (Екатеринбург, 1999, 2002), на Третьей международной конференции «Мониторинг ядерных испытаний и их последствий» (Республика Казахстан, п. Боровое, 09-13 августа 2004 года). По теме диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений; содержит 177 страниц текста, 207 иллюстраций, 15 таблиц, список литературы из 27 наименований.
