519.6+550.3+ 553.9

Геологическая среда является открытой системой, на которую действуют внешние и внутренние факторы. Они могут приводить ее к неустойчивому состоянию, которое, как правило, проявляется локально в виде зон, называемых динамически активными элементами, по которым можно идентифицировать потенциальные катастрофические источники. Эти объекты отличаются от вмещающей геологической среды своими структурными формами, которые часто являются формами иерархического типа. Процесс их нелинейной активизации может наблюдаться с помощью скважинного мониторинга акустических полей, для математического обеспечения которого разработаны новые алгоритмы моделирования с использованием метода интегральных и интегро-дифференциальных уравнений с включением нелинейных членов в зависимость волнового параметра от частоты. При интерпретации результатов акустического мониторинга необходимо использовать данные таких систем наблюдения, которые настроены на исследование иерархической структуры среды. Разработан новый алгоритм обработки сейсмологической информации детального шахтного каталога с учетом кинематических и динамических характеристик деформационных волн, распространяющихся с разными скоростями в массиве горных пород, находящегося под интенсивным внешним воздействием в виде массовых или технологических взрывов. Установлено, что волны, распространяющиеся со скоростями от 1 до 10 м/час, являются преимущественным переносчиком энергии в массиве и способствуют ее выделению. Отклики массива с энергией меньше, чем 10⁴ джоуля способствуют криповой перестройке массива, а с энергией выделения больше, чем 10⁵ джоуля, могут быть рассмотрены как предвестники разрушительных динамических явлений.

The geological environment is an open system, which is affected by external and internal factors. They can bring it to an unstable state, which, as a rule, manifests itself locally in the form of zones called dynamically active elements, by which potential catastrophic sources can be identified. These objects differ from the host geological environment in their structural forms, which are often of hierarchical types. The process of their nonlinear activation can be observed using borehole monitoring of acoustic fields, for the mathematical support of which new modeling algorithms have been developed using the method of integral and integro-differential equations with the inclusion of nonlinear terms in the dependence of the wave parameter on frequency. When interpreting the results of acoustic monitoring, it is necessary to use the data of such observation systems that are configured to study the hierarchical structure of the medium. A new algorithm has been developed for processing the seismological information of a detailed mine catalog taking into account the kinematic and dynamic characteristics of deformation waves propagating at different speeds in a rock mass, which is under intense external influence in the form of mass or technological explosions. It has been established that waves propagating with velocities from 1 to 10 m / h are the preferred carrier of energy in the array and contribute to its release. The responses of an array with energies less than 10⁴ joules contribute to creep rearrangement of the rock mass, and with energy of release greater than 10⁵ joules, they can be considered as precursors of destructive dynamic phenomena.

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института геофизики Уральского отделения РАН

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вычислительной математики, ИЕНиМ, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» (УрФУ)

Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов. М.: ИКЦ «Академкнига». 2003. 424 с.

Быков В.Г. Нелинейные волны и солитоны в моделях разломно-блоковых геологических сред // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. №5. С. 1008-1024. DOI 10.15372/GIG20150510.

Хачай О.А, Хачай О.Ю. Алгоритм построения сценария подготовки горных ударов в породных массивах под воздействием взрывов по данным сейсмического каталога // ГИАБ. 2014. №4. С. 239-246.

Чуличков А.И. Математические модели нелинейной динамики. М.: Физматлит. 2003. 294 с.

Хачай О.А., Хачай О.Ю., Климко В.К., Шипеев О.В. Отражение синергетических свойств состояния массива горных пород под техногенным воздействием в данных шахтного сейсмологического каталога // ГИАБ. 2010. №6. С. 259-271.

Хачай О.А., Хачай О.Ю. Алгоритм построения сценария подготовки горных ударов в породных массивах под воздействием взрывов по данным сейсмического каталога // ГИАБ. 2014. №4. С. 239-246.

Хачай О.А. Хачай А.Ю. Моделирование электромагнитного и сейсмического поля в иерархически неоднородных средах // Вестник ЮУРГУ. Cерия «Вычислительная математика и информатика». 2013. Т. 2. №2. С. 48-55.

Скотт Э. Нелинейная наука. Рождение и развитие когерентных cтруктур. Москва: Физматлит. 2007. 559 с.

Блакьер О. Анализ нелинейных систем. Москва: Мир. 1969. 401 c.

Федорченко А.М., Коцаренко Н.Я. Абсолютная и конвективная неустойчивость в плазме и твердых телах. Москва: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1981. 176 c.

Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. Москва: Физматлит. 2002. 536 с.

Малкин И.Г. Теория устойчивости движения. М.: Наука. 1966. 515 c.