Возможные механизмы нелинейных процессов в геосреде

Полагают, что в геосреде при наличии подкачки энергии от внешнего распределенного источника возможно формирование нелинейных автоволн — распространяющихся (или статических) неравновесных областей, импульсов, амплитуда и скорость которых определяется параметрами среды [Павлович и др., 2009].

Если начальное возмущение достаточно велико, то может сформироваться автоволна, в то время как малые возмущения не приводят к ее образованию. Поэтому сравнительно сильные геофизические сигналы, в частности электромагнитные, могут быть связаны с автоволнами источников генерации релаксационных процессов, формирующимися лишь при достаточно больших, сверхпороговых воздействиях: в естественном фоне эта связь будет отсутствовать [Там же].

В частности, возможны перемещающиеся вверх уединенные автоволны флюидов — области отличающейся от окружения концентрации флюида, из которых эмитируются электромагнитные импульсы, фиксируемые измерениями на поверхности [Там же]. В окрестности фронта автоволны концентрации флюида может формироваться волна комплексной диэлектрической проницаемости, последняя падает на заряды, электрические диполи и другие рассеиватели в геосреде, появляющиеся при деформировании, в результате чего возможна генерация переходного излучения (рассеивания) в радиоволновом диапазоне [Там же].

Тот же механизм может иметь место и в окрестности фронта обобщенной волны Релея, распространяющейся вдоль зон контакта структурных блоков [Там же].

Распространение сейсмических волн через разломные зоны может сопровождаться нелинейными эффектами [Спивак, 2009]. При этом происходит преобразование сейсмической энергии в энергию электромагнитных волн. В разломных зонах, в областях концентрации напряжений уровень порогового воздействия должен быть, очевидно, ниже, чем вне таких областей.

При диффузии подземных газов через горные породы происходят структурные переходы, переводящие кристаллические структуры в неустойчивое состояние, при этом горные породы разрушаются [Gufeld, 2011]. Предполагается, что при этом имеет место эстафетный механизм передачи энергии [Там же] и, следовательно, формируется деформационная автоволна в направлении потока газов. Такое влияние газов на поле напряжений может быть одним из факторов, формирующих вариации различных параметров среды. Скорость восходящего потока газов различна в разных областях в зависимости от геологических особенностей среды и повышена в области структурных неоднородностей геосреды.

Сейсмоакустическая эмиссия может быть обусловлена процессами дегазации и динамикой газовых пузырьков во флюиде. Подземные воды насыщены различными газами. Декомпрессия приводит к интенсивному образованию пузырьков во флюиде на глубине 200 — 400 м. При образовании газовых пузырьков, их всплытии и схлопыва- нии происходит излучение упругих волн в широком диапазоне частот вплоть до звуковых [Там же]. В этом механизме накачка энергии приповерхностного слоя осуществляется дегазацией.

Предложен [Павлович и др., 2009] нелинейный механизм усиления электромагнитных волн при их взаимодействии с дефектами кристаллической решетки вещества горных пород, находящегося в термодинамически неравновесном состоянии, согласно которому наличие излучения способствует рождению дефектов, что по положительной обратной связи усиливает излучение (поляритонное излучение). Этот механизм основан на следующих фактах. Геологическая среда представляет собой поликристаллическую среду со сложными кристаллическими решетками, в элементарной ячейке которой содержится более одного атома. В оптических колебаниях осцилляции смежных атомов происходят в противофазе, поэтому дипольный момент варьируется и излучаются электромагнитные волны. Возникновение импульсного литосферного электромагнитного излучения может быть связано с возбуждением оптических колебаний сложных кристаллических решеток, а значит, и связанных с ними электромагнитных колебаний при возникновении и движении дефектов кристаллов. Интенсивность рождения дефектов пропорциональна деформации кристалла, и, значит, интенсивность сигнала тем выше, чем больше деформация. Нелинейный механизм усиления электромагнитных волн при их взаимодействии с дефектами кристаллической решетки вещества горных пород, родственный механизму сверхизлучения, может проявиться в условиях достаточной энергетической накачки среды, которая особенно велика в окрестности структурных неоднородностей среды.

Это пример своеобразной геофизической «спектроскопической лаборатории». Действительно, интенсивность рождения дефектов пропорциональна деформации кристалла, и, значит, интенсивность сигнала тем выше, чем больше деформация, поэтому структурные особенности среды должны отражаться в изменении интенсивности электромагнитного излучения на поверхности [Там же]. Согласно экспериментальным данным, интенсивность электромагнитного излучения в ра- диоволновом (от 2 до 50 кГц) диапазоне (число импульсов в единицу времени, амплитуда которых превышает заданный порог) характеризуется пространственной неоднородностью, имеется корреляция интенсивности импульсного поля с областями напряжения недр, с положением предполагаемых разломов, слоев, структур, обнаруженных по данным сейсморазведки и бурения. Зоны сжатия в геосреде, в которых происходит релаксация механических напряжений, проявляются в виде выраженных максимумов интенсивности электромагнитного излучения, превосходящего уровень излучения в спокойных зонах в несколько раз. В электромагнитном шуме над разрывными нарушениями земной коры, находящимися под осадочным чехлом, регистрируются узкие двойные максимумы излучения [Там же]. Чем меньше глубина объекта, тем более локальна аномалия, тем меньше ширина всплесков излучения, фиксируемая на дневной поверхности. Таким образом, характеристики импульсного электромагнитного шума в диапазоне от 2 до 50 кГц тесно связаны с глубинной структурой геосреды, и форма пространственных аномалий шума позволяет определить геометрию георазреза.

Распространение электромагнитных возмущений этой частоты к дневной поверхности можно объяснить наличием следов разрывных нарушений, идущих от разломов в кристаллическом фундаменте через осадочный чехол к дневной поверхности, при этом следы могут быть сейсмически ненаблюдаемы [Там же].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >