Реферат: Отражение синергетических свойств в отклике геологической среды на внешние силовые воздействия

Отражение синергетических свойств в отклике геологической среды на внешние силовые воздействия


Хачай О.А.1, Хачай О.Ю.1, Климко В.К.2, Шипеев О.В.2

1Екатеринбург, Россия; 2Таштагол, Россия


Синергетика есть междисциплинарное направление, позволяющее единым образом представить явление самоорганизации в задачах физики, химии, биологии, науках о Земле, социологии и других открытых системах. Геологическая среда – открытая динамическая система, испытывающая на разных масштабных уровнях естественное и искусственное воздействия, изменяющие состояние среды, приводящие в результате к сложной многоранговой иерархической эволюции. Это является предметом геосинергетики. Парадигма физической мезомеханики, введенной академиком Паниным В.Е. и его школой, включающая в себя и синергетический подход, является конструктивным средством для изучения и изменения состояния гетерогенных материалов. Этот результат получен этой школой на образцах различных материалов. В наших исследованиях нестационарной геологической среды в рамках натурных экспериментов в реальных горных массивах, находящихся под сильным техногенным влиянием, было показано, что динамика состояния может быть выявлена с использованием синергетики в иерархических средах. Важную роль для исследования динамических геологических систем играет сочетание активного и пассивного геофизического мониторинга, который можно осуществить с использованием электромагнитных и сейсмических полей. Как показал опыт наших исследований, изменение состояния системы на исследуемых пространственных базах и временах проявляется в параметрах, связанных со структурными особенностями среды второго и более высокого ранга. Таким образом, изучение динамики состояния, его структуры и явлений самоорганизации массива следует вести геофизическими методами, настроенными на многоранговую иерархическую нестационарную модель среды. Результаты, полученные в лабораторных экспериментах, позволили физикам предложить модель периодических структурных превращений, основанную на системе нелинейных дифференциальных уравнений, определяющих совместную эволюцию плотностей распадающихся границ, хаотических дислокаций и границ возникающей структуры и показать, что синергетическая схема позволяет единым образом описать структурно обусловленную пластическую деформацию в конденсированных средах. Для полей пластической деформации и напряжений предложена система нелинейных уравнений, позволяющая представить такой режим в согласии с экспериментальными данными. Имеющиеся результаты наземных и особенно скважинных и подземных геофизических наблюдений указывают на нелинейные проявления в массивах горных пород при их отработке. Теория моделирования и интерпретации геофизических данных, связанных с классификацией типа (устойчивое, хаотическое, бифуркация, неустойчивое) состояния среды, должны опираться на активно развивающееся математическое направление нелинейной динамики и управление. Нами проанализирована сейсмологическая детальная шахтная информация об пространственно-временных колебательных особенностях свойств состояния удароопасного массива горных пород с позиции теории открытых динамических систем. Выявлены некоторые синергетические закономерности отклика массива на сильные техногенные воздействия, предварявшие один наиболее сильный горный удар на Таштагольском руднике. Предложен новый метод обработки сейсмологической информации в реальном масштабе времени, которую можно проводить непосредственно на руднике для оценки изменения состояния удароопасного массива при его отработке.