ПО МАТЕМАТИЧЕСКОМУ СЦЕНАРИЮ

— Наша плотностная модель высокого разрешения (шаг по сетке 500 м) построена до глубины 80 км — первого регионального уровня изостатической компенсации (это глубина, ниже которой давление одинаково на любой горизонтальной поверхности). Такие модели нужны для прогнозирования вещественного состава пород и реконструкции тектонических особенностей и эволюции участков земной коры. Объемные модели верхней части литосферы, построенные по результатам интерпретации комплекса геофизических данных (гравитационных, сейсмических и магнитных), позволяют получить количественные характеристики распределения физических параметров пород (плотности, намагниченности) и уточнить тектоническое строение земной коры региона. Благодаря детальной плотностной модели можно выявить не известные ранее глубинные структуры в коре и в мантии. Мы также построили трехмерные модели распределения литостатических нагрузок по глубине и модели слоисто-блокового строения земной коры для исследуемого региона. Новые численные методы позволяют интерпретировать разные по своей природе и информативности геофизические поля по единому математическому сценарию.

Таким образом, мы получили результаты как в области вычислительной математики, так и геофизики. Они опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных журналах, представлены на российских и международных конференциях, в том числе на Генеральной ассамблее Международного союза геофизики и геодезии, на Международной конференции по прикладной математике и численному анализу, в рамках которой по моей инициативе и под моим руководством проходит тематический симпозиум.

— Опыт сочетания большого числа геофизических методов при построении масштабных и достаточно детальных региональных моделей земной коры и верхней мантии в мировой практике единичен. Как правило, математическое моделирование ограничивается уточнением параметров модели путем многократного решения прямой задачи гравиметрии, которая сводится к вычислению гравитационного поля от известного объекта — изучаемой области. В этом случае исследователь сравнивает имеющиеся данные с измеренными значениями гравитационного поля, «вручную» делает правки в модели, пытаясь добиться совпадения полей, и так многократно до приемлемого результата. Наши методы построения трехмерных моделей основаны на представлении формализованных данных цифровой модели слоисто-блокового строения земной коры в формате сеточных функций. Процесс построения модели выполняется автоматизированно: задаются входные данные для вычислений на компьютере — это модель нулевого приближения и измеренные значения гравитационного поля, и далее по нашему алгоритму вычисляются значения плотности в узлах сетки.

В лаборатории математической геофизики ИГФ УрО РАН разработаны оригинальный математический аппарат и параллельные алгоритмы решения обратной задачи для сеток большой размерности (моделей крупного масштаба). На основе новых трехмерных моделей распределения плотности и намагниченности в слоях верхней части литосферы построены новые карты тектонических структур и блоков земной коры на разных глубинах. Мы также используем особую методику ранжирования аномалий на разной глубине. Все разработки объединены в один программный продукт и предназначены для построения крупномасштабных моделей земной коры как основы реальных геологических проектов. Наш подход позволяет извлекать информацию по любым объемным фрагментам модели, и в этом его существенное преимущество. Разработка универсальных схем количественной интерпретации, создание устойчивых, адаптивных алгоритмов и программная реализация позволяют оперативно конструировать модели послойного строения земной коры, делают их прозрачными для всестороннего геолого-геофизического анализа. Очень важно и то, что для построения трехмерной плотностной модели с использованием разработанных нами оптимальных алгоритмов требуется затратить в 1000 раз меньше машинного времени по сравнению с методами, применяемыми другими исследователями.

— Знания о строении земной коры позволяют детализировать участки, перспективные для поиска полезных ископаемых. Это продемонстрировано на конкретном примере: вдоль четырех профилей, проходящих через известные железорудные месторождения Среднего Урала, были выполнены сечения построенной плотностной модели до глубины 10 км. На этих сечениях изолинии плотности точно отражают положение месторождений полезных ископаемых. Построена также крупномасштабная сеточная плотностная модель земной коры Волго-Уральской нефтегазоносной провинции до глубины 5 км с шагом по сетке 50 м. Эта информация будет полезна для уточнения глубинного строения территории и поиска новых месторождений. Оригинальные компьютерные технологии интерпретации геофизических данных могут использоваться сервисными и добывающими компаниями в геологоразведочных работах и для получения новой информации о происхождении и строении существующих месторождений полезных ископаемых.

Наши методы комплексной интерпретации геофизических данных могут применяться для создания трехмерных моделей земной коры в любом регионе мира. Предложения о совместных исследованиях для построения таких моделей от российских и зарубежных коллег уже поступили.