НШ-1243.2008.5

АННОТАЦИЯ
работ, выполненных в 2008 г. по гранту государственной поддержки ведущих
научных школ Российской Федерации
НШ-1243.2008.5
«Геофизические исследования строения Земли и околоземного пространства»
Цель работы Создание, развитие и использование перспективных методов исследования
Земли и ее внешней оболочки - магнитосферы.
В соответствии с Техническим Заданием работы велись по нескольким направлениям, в
каждом из которых получены следующие результаты:
1. Разработка уникальных методов расчета волновых полей в сложнопостроенных средах
(руководитель Троян В.Н., Каштан Б.М.)
- Разработан алгоритм восстановления локальных неоднородностей среды основанный
на методе дифракционной томографии с использованием приближения Борна первого
порядка. Алгоритм включает итерационную процедуру уточнения параметров
восстанавливаемых неоднородностей.
- Предложен оригинальный алгоритм определения скорости опорной среды по данным
вертикального сейсмического профилирования – ВСП. Алгоритм основан на обратном
продолжении волновых полей, созданных волнами различных кратностей.
- Исследована устойчивость оригинального алгоритма локализации дифракторов по
данным, полученным по схеме ВСП для случая сложного характера пространственной
зависимости скорости в верхней части разреза.
2. Исследование строения Земли по записям сейсмических волн (руководитель Яновская
Т.Б.).
- По дисперсионным кривым фазовых скоростей волн Релея и Лява, измеренных на
трассах между парами станций в Азии, и дисперсионным кривым групповых
скоростей, вычисленным на основе предыдущих томографических построений между
теми же парами станций, определены средние вдоль этих трасс скоростные разрезы.
- С помощью двумерной томографии по значениям скоростей на последовательных
глубинах построены сглаженные латеральные распределения скоростей поперечных
волн, которые далее использовались в качестве начальных приближений при
построении вертикальных скоростных разрезов по локальным дисперсионным кривым
групповых скоростей в отдельных точках исследуемой территории.
- Получены оценки трехмерного распределения скорости в верхней мантии Азиатского
континента.
3. Исследование сейсмо - электромагнитных процессов, связанных с землетрясениями
(руководитель Смирнова Н.А.).
- Проанализированы возможности использования подходов СОК для совместного
(комбинированного) моделирования сейсмических и электромагнитных процессов в
системах тектонических разломов. Рассмотрено несколько классов численных СОК
моделей, начиная от простейших моделей клеточных автоматов Бака-ТангаВизенфельда (БТВ модели), которые описывают главные степенные распределения в
активности землетрясений, такие, как закон Гуттенберга-Рихтера, закон Омори и др., и
заканчивая наиболее прогрессивными моделями, развиваемые Хьюзом и Пасзуски
(ХП модели), которые описывают более сложную динамику, такую как фрактальная
организация тектонических систем разломов.
- Исследована новая модель критической динамики зон разломов земной коры,
объединяющая степенное распределение размеров и энергии локальных
-
неустойчивостей с крупномасштабной организацией их очагов, обладающая
нарушенной абелевой симметрией локальных взаимодействий.
В
процессе
моделирования
выявлено,
что
вероятность
возникновения
крупномасштабных неустойчивостей, рассматриваемых как аналог сильных
землетрясений, зависит от пространственной конфигурации системы, что позволяет
использовать фрактальные характеристики матрицы напряжений для построения
сейсмического прогноза. Показано, что выявленная закономерность может лежать в
основе электромагнитных предвестников землетрясений
4. Реконструкция процесса магнитного пересоединения с помощью аналитических
нестационарных моделей (руководитель Семенов В.С.).
-
-
-
Удалось построить простую и вместе с тем содержательную аналитическую модель
пересоединения в бесстолкновительной плазме с учетом эффекта Холла. Показано, что
исходная задача о стационарном пересоединении в рамках электронной МГД
расщепляется на ряд более простых задач, из которых последовательно можно найти
структуру магнитного поля в холловской области из модифицированного уравнения
Греда-Шафранова, затем
электростатический потенциал, создаваемый пучками
электронов, и, наконец, распределение Ву компоненты магнитного поля, параллельной
Х-линии. И структура течения электронов, имеющая вид встречных пучков около
сепаратриссы магнитного поля, и квадроупольная структура распределения Ву
компоненты магнитного поля хорошо согласуются с результатами кинетического
численного моделирования вблизи Х линии.
Показано, что, если электроны ускоряются вдоль Х-линии до скоростей порядка
электронной альфвеновской скорости (это необходимое условие разрешимости
уравнения Грэда-Шафранова), то протоны в свою очередь ускоряются вдоль токового
слоя до скоростей порядка протонной альфвеновской скорости. Таким образом, на
выходе холловской области, порядка инерционной длины протона, получается картина
течения, характерная для классического пересоединения Петчека. Проведено
сопоставление аналитического и численного решений, которое показало достаточно
хорошее совпадение.
Удалось выявить ограничения, накладываемые процессами в холловской области на
диссипативные процессы в диффузионной электронной области. Оказалось, что хотя
скорость пересоединения слабо зависит от диссипативных процессов на электронных
масштабах,
тем не менее .пересоединение невозможно, если
диффузионная
электронная область отсутствует совсем.. Дело в том, что электростатический
потенциал становится столь большим, что электроны не могут достичь сепаратриссы.
Кроме того,
показано, что конфигурация магнитного поля определяется из
обобщенного уравнения Грэда-Шафранова, решение которого существует только в
случае значительного ускорения электронов вдоль Х-линии до скоростей порядка
электронной альфвеновской скорости.