Введение к работе
Диссертационная работа «Исследование тепловых и наведенных волновых процессов в районе Эльбрусского вулканического центра»
посвящена решению задач, связанных с совершенствованием методов изучения внутреннего строения, динамических и тепловых особенностей неоднородной геологической среды в районе вулканической постройки. Решение затронутого класса задач проведено с использованием современных математических и экспериментальных геофизических методов, сопоставления данных теоретического анализа с результатами геолого-геофизического и теплового мониторинга.
Актуальность темы
Одним из важных источников знаний о внутреннем строении Земли служат данные, получаемые на основе анализа структуры волновых процессов (движений), наведенных в различных геосферах (Аки К. и др., 1983; Андерсон, Дзевонский, 1984; Николаев, 1972). Наметившийся комплексный подход к развитию существующих и созданию новых методов изучения волновых полей не случаен. Именно они служат индикаторами сложных динамических процессов в районе Эльбрусского вулканического центра, отражая происходящие структурные изменения в геофизической среде вулканической постройки и на прилегающих территориях (Николаев, 1997; Лаверов и др., 2005).
В числе физических полей, используемых в задачах геофизического мониторинга геологической среды, наиболее информативными принято считать тепловые и наведенные сейсмические поля. Установлено, что основные свойства геологической среды отражаются в их тонкой структуре (Николаевский и др., 1970, 1984; Николаев, 1972; Алексеев и др., 1996, 2002; Собисевич, 2001; Лаверов и др., 2005). Изучение разномасштабных образований в теле вулканической постройки, в число которых входит магматический очаг и магматические камеры вулкана, проведено с привлечением методов, которые оправдали себя на практике (Динариев, Николаевский, 2001; Собисевич, 2001; Лаверов и др., 2005).
Отмечая актуальность поставленной в диссертации комплексной задачи, отметим, что на первый план здесь выступают вопросы получения и анализа экспериментальных наблюдений, связанных с исследованиями геолого- геофизических особенностей Эльбрусского вулканического центра. В их числе и тепловые процессы в районе вулканической постройки Эльбруса. Полученные здесь новые научные результаты по тепловым полям являются актуальными в связи с поисками альтернативных источников энергии.
Цель работы
Основная цель диссертационной работы - изучение тепловых и наведенных волновых полей в районе Эльбрусского вулканического центра, оценка тепловых запасов в регионе и выдача рекомендаций по их практическому использованию.
Основные задачи исследований
В процессе выполнения диссертации необходимо было провести комплексные полевые наблюдения в районе вулканической постройки Эльбруса, изучить ряд задач и на их основе выполнить:
анализ теоретических методов, обеспечивающих изучение геофизических свойств магматических структур вулкана Эльбрус;
уточнение формы и положения магматических камер и магматического очага вулкана Эльбрус;
создание новых и освоение существующих аппаратурных систем и технологий, предназначенных для мониторинга тепловых процессов в районе вулканической постройки Эльбруса;
изучение данных аппаратурного мониторинга вулканических образований (магматических камер и очага) с целью уточнения их основных параметров;
изучение флюидной активности в регионе;
проведение экспериментальных работ по уточнению структуры тепловых аномалий в районе вулканической постройки;
оценку тепловых запасов в районе Эльбрусского вулканического центра.
Научная новизна
В диссертации проведен анализ геодинамических особенностей района Кавказских Минеральных Вод и Приэльбрусья, выявлены места наибольшей тектонической и вулканической активности и показано, что они совпадают с ареалами наибольших концентраций гидротермальных проявлений.
В пределах Эльбрусского вулканического центра экспериментальными
методами уточнено положение магматического очага и магматической камеры.
Построены теоретические соотношения и приведены методы решения прямых и обратных задач, связанных с определением мощности источников тепла в теле вулканической постройки. Сформулированы общие теоретические схемы их решения.
Исследована структура тепловых полей в районе Эльбрусского вулканического центра и на прилегающих территориях методами дистанционного зондирования. Проведено изучение малоамплитудных тепловых аномалий на покрытой льдом поверхности вулканической постройки.
Проведены экспериментальные работы по изучению тепловых полей и волновых процессов в районе Эльбрусского вулканического центра, включая исследование тепловых потоков в штольне под горой Андырчи и непосредственно на вулканической постройке.
В структуре Эльбрусского вулканического центра подтверждено наличие магматической камеры в районе вулканической постройки в интервале глубин 1-10 км ниже уровня моря и впервые определена температура верхней кромки камеры. Согласно уточненным данным ее приведенные размеры находится в пределах 8-9 км, а температура около 850 оС.
Проанализированы современные технологии извлечения тепловой энергии Земли и даны рекомендации по использованию тепловых запасов в районе Эльбрусского вулканического центра.
Практическая значимость работы
В диссертационной работе современные геолого-геофизические и физико- математические методы использованы и доработаны применительно к анализу неоднородной геологической среды в районе Эльбрусского вулканического центра.
Получены новые научные результаты, отражающие структуру тепловых полей в районе вулканической постройки Эльбруса; выявлены теоретически и подтверждены экспериментально тепловые запасы вмещающих пород в окрестности магматического очага и магматической камеры. Проведенными исследованиями заложены основы практического использования исследованных тепловых запасов в народном хозяйстве Республики Кабардино- Балкария.
Новые научные результаты использованы в ИФЗ РАН, ИГЕМ РАН, ИГ
РАН, Кубанском и Кабардино-Балкарском государственных университетах Минобразования и науки РФ, в других организациях и промышленных НИИ.
Исходный материал
В основу настоящей работы положены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные автором начиная с 2005 года при выполнении работ в рамках Программы Президиума РАН № 16 «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы», при работе над инициативными проектами (грант РФФИ №№ 06-05-64048), в порядке выполнения плановых работ Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.
Автор диссертации принял участие в работе трех комплексных геолого- геофизических экспедиций РАН, которые проводились в сейсмоопасных регионах Европейской части России (Северный Кавказ, район Эльбрусского вулканического центра; Краснодарский край, районы распространения грязевого вулканизма). Данные полевых наблюдений обработаны и использованы в диссертации.
Основные защищаемые положения:
-
-
Теоретические и экспериментальные результаты, полученные при изучении тепловых процессов в районе Эльбрусского вулканического центра, включая:
новые данные по тепловым полям и наведенным волновым процессам в окрестности магматической камеры и магматического очага вулкана Эльбрус.
Модели и методы, описывающие тепловые и волновые процессы в геологической среде, трансформацию волновых полей на вулканических структурах, включая:
методы решения прямой и обратной задач, связанные с определением мощности источников тепла в теле вулканической постройки;
результаты экспериментального мониторинга наведенных волновых процессов в неоднородной геологической среде вулканической постройки.
Оценка запасов тепловой энергии в районе Эльбрусского вулканического центра, включая:
создание новых аппаратурных систем и технологий, предназначенных для мониторинга тепловых процессов в районе вулканической постройки Эльбруса.
Личный вклад автора
Основные результаты, полученные лично автором, включают:
данные изучения тепловых аномалий на поверхности вулканической постройки Эльбруса;
экспериментальные данные, связанные с уточнением температурного режима и положения магматических структур в районе вулканической постройки: уточнение размеров магматического очага, простирающегося вдоль магмоконтролирующего разлома;
применительно к району Эльбрусского вулканического центра проведен теоретический анализ прямых и обратных задач теплофизики и сформулированы общие теоретические схемы их решения;
экспериментальные исследования температурных полей на поверхности вулканической постройки Эльбруса контактными методами;
оценка запасов геотермальной энергии в районе Эльбрусского вулканического центра.
Достоверность результатов
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, определяется:
-
-
Корректностью и обоснованностью использованных экспериментальных технологий измерения тепловых полей в районе Эльбрусского вулканического центра.
-
Сопоставлением закономерностей, полученных в результате численного и натурного экспериментов, прямой и обратной связью модельных задач и теоретических построений с экспериментальными данными, полученными при проведении масштабных полевых геолого-геофизических работ в районе Эльбрусского вулканического центра и на вулканической постройке.
Апробация работы
Основные научные положения диссертации опубликованы в семи статьях, из них пять в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК. Материалы диссертации также вошли в два аннотированных отчета. Представление результатов и обсуждение основных положений диссертационной работы и её отдельных частей проходило в виде докладов на ряде семинаров и конференций в ИФЗ РАН, на Всероссийской конференции «Природные процессы, геодинамика, сейсмотектоника и современный вулканизм Северного Кавказа» 20-30 марта 2008 г. Приэльбрусье, на Генеральной Ассамблее Европейского союза по наукам о Земле 22-27 апреля 2012 Австрия, на научной Конференции молодых ученых ИФЗ РАН 16 мая 2012 г., а также на Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в науке о Земле и горном деле», 13-21 сентября 2012 Абхазия, г. Новый Афон.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 183 наименований. Текст изложен на 151 странице, содержит 71 рисунок и 7 таблиц.
Благодарности
Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Собисевичу А.Л. и всем сотрудникам Лаборатории прикладной геофизики и вулканологии ИФЗ РАН за постоянное внимание и поддержку при проведении научных исследований по теме диссертационной работы.
Похожие диссертации на Исследование тепловых и наведенных волновых процессов в районе Эльбрусского вулканического центра
-
-
