14- Геофизика: земная кора, океан, атмосфера Бобров Евгений Владимирович, аспирант Волгоград, Волгоградский государственный университет, физико-технический институт Инструментальные измерения аэрозольной оптической толщи над территорией Волгограда в 2011 году Фирсов Константин Михайлович, д.ф.-м.н. e-mail: soul2032@ya.ru стр. 489 Бобров Евгений Владимирович, аспирант Волгоград, Волгоградский государственный университет, физико-технический институт Модель континуального поглощения паров воды для окна 8-12 мкм на основе современных экспериментальных данных Фирсов Константин Михайлович, д.ф.-м.н. e-mail: soul2032@ya.ru стр. 490 Волкова Александра Александровна, 2 курс Красноярск, Сибирский федеральный университет, институт нефти и газа Статистическая связь между солнечной активностью и глобальными геофизическими процессами Киселёв Валерий Михайлович, д.ф.-м.н. e-mail: joy125@yandex.ru стр. 492 Денисенко Александра Валерьевна, 2 курс Красноярск, Сибирский федеральный университет, инженерной физики и радиоэлектроники Изучение фокального механизма землетрясения с использованием инверсии тензора сейсмического момента e-mail: aleksa-d87@mail.ru стр. 493 Колесов Владимир Анатольевич, 6 курс Красноярск, Сибирский федеральный университет, институт нефти и газа Использование сигнала ЯМР для определения смачиваемости горных пород Киселев Валерий Михайлович, д.ф.-м.н. e-mail: Wheeloff@gmail.com стр. 494 Махмутов Алмаз Аксанович, 4 курс Уфа, Башкирский государственный университет, физико-технический институт Математическая модель термогидродинамических процессов в нефтяном пласте при освоении скважины Рамазанов Айрат Шайхуллинович, д.т.н. e-mail: 102almaz@gmail.com стр. 496 Салихов Тимур Ренатович, 4 курс Уфа, Башкирский государственный университет, физико-технический институт Моделирование неизотермической фильтрации в трещиновато-пористом пласте Садретдинов Александр Александрович, к.ф.-м.н. e-mail: timur-salikhov@yandex.ru стр. 497 Тарабукина Лена Дмитриевна, аспирант 1 года обучения Якутск, Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера, отдел аэрономии Оценка характерного числа повторных разрядов молнии и интервала времени между ними посредством регистрации ОНЧ радиоизлучения в Якутии Козлов Владимир Ильич, к.ф.-м.н. e-mail: tarabukina@ikfia.ysn.ru стр. 498 Тарантин Михаил Викторович, н.с. Пермь, Горный институт УрО РАН Решение прямой задачи сейсморазведки в рамках теории фонон-фононного взаимодействия e-mail: gptmv@mi-perm.ru стр. 500 487 Торопов Анатолий Анатольевич, м.н.с Якутск, Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера, отдел аэрономии Всплески нейтронов связанные с молниевыми разрядами облако-земля В.А. Муллаяров, к.ф.-м.н. e-mail: toropov@ikfia.ysn.ru стр. 501 Федосеева Елена Сергеевна, магистрант 2 года обучения Омск, Омский государственный педагогический университет, физический Зависимость от температуры времени установления диэлектрической проницаемости грунта после увлажнения из сухого состояния Бобров Павел Петрович, д.ф.-м.н. e-mail: fedoseeva209@gmail.com стр. 502 Шарипов Артем Маратович, 4 курс Уфа, Башкирский государственный университет, физический Исследование расслоенных течений в наклонной трубе Шарафутдинов Рамиль Файзырович, д.ф.-м.н. e-mail: art.hata@mail.ru стр. 503 Шахматова Любовь Викторовна, магистрант 2 года обучения Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет, институт космических исследований и высоких технологий Анализ спектрально-отражательных характеристик растительного покрова e-mail: l_shahmatova@mail.ru стр. 505 488 Инструментальные измерения аэрозольной оптической толщи над территорией Волгограда в 2011 году Бобров Евгений Владимирович Клиточенко Ирина Игоревна Волгоградский государственный университет Фирсов Константин Михайлович, д.ф.-м.н. soul2032@ya.ru Под аэрозолем понимают совокупность взвешенных в атмосферном воздухе твердых или жидких частиц с характерным размером от 0,01 до 10 мкм, которые могут находиться в атмосфере неопределенное долгое время. Атмосферные аэрозоли, образованные как атмосферными (например, сульфат, горящая биомасса, дым, сажа, черный углерод), так и естественными источниками (минеральная пыль и морская соль) характеризуются значительной региональной изменчивостью и могут давать заметный вклад в баланс тепла Земли [1, 2]. Спутниковые измерения позволяют получить аэрозольную оптическую толщу (АОТ) достаточно в узком спектральном диапазоне. Например, сканирующий радиометр MODIS позволяет определить АОТ в интервале 0,5-0,68 мкм, тогда как измерения, проводимые с использованием многоканального солнечного фотометра, позволяют получить детальную информацию об аэрозоле в интервале 0,3-2 мкм и существенно дополняет информацию, получаемую со спутников. В настоящее время NASA интенсивно развивает сеть наземных фотометрических наблюдений за аэрозолем по всему Земному шару. Аналогичные сети развиваются и в России. Однако в Европейской части России эта сеть достаточно редкая, ближайшие точки находятся в Подмосковье и в Екатеринбурге. Поэтому территория вблизи г.Волгограда представляет значительный интерес для организации постоянного поста наблюдений за АОТ не только в связи с тем, что здесь отсутствуют подобные наблюдения, но и в связи с его региональными особенностями и большим количеством солнечных дней. При помощи портативного солнечного фотометра SPM разработанного в ИОА СО РАН были проведены измерения аэрозольной оптической толщины (АОТ) и влагосодержания над территорией Волгограда. Данный фотометр измеряет интенсивность солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Земли одновременно в 11 спектральных каналах от ближнего УФ до среднего ИК: 340 нм, 380 нм, 440 нм, 500 нм, 550 нм, 670 нм, 870 нм, 1020 нм ,1250 нм, 1560 нм и 2140 нм. Из этих данных извлекается информация об оптической толще аэрозоля. На рис.1 приведена спектральная зависимость аэрозольной оптической толщи, которая характеризует дисперсный состав аэрозоля: чем больше наклон кривой, тем больше мелких частиц содержится в аэрозоле. АОТ 1 0.1 0.01 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 λ, мкм 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 рис.1. Спектральное распределение АОТ. В докладе представлены результаты сопоставления АОТ измеренной при помощи солнечного фотометра и спутникового радиометра MODIS ( рис.2). Результаты измерений показали, что АОТ на длине волны 0,55 мкм за промежуток наблюдений испытывает большие вариации. Так, например среднедневные значения АОТ менялись в диапазоне от 0,02 до 0,32. Это связано с тем, что основным качеством атмосферных аэрозолей является их изменчивость. Т.е. аэрозоли имеют различные источники, каждый из которых дает частицы разных размеров, формы и химического состава: пространственное распределение концентрации частиц имеет ярко выраженный локальный характер; источники могут «работать» не постоянно, а лишь определенное время (например, вулканы); мощность источников и стоков также может существенно колебаться. 489 Одновременно с АОТ измерялось общее влагосодержание в вертикальном столбе атмосферы ω (в сантиметрах осажденной воды). За исследуемый период среднедневные значения ω изменялись от 0,57 до 3,32, а среднемесячные – от 1,81 до 1,91. Средние значения MODIS 0,5 0,4 AOT 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1 28.07.2011 02.08.2011 23.08.2011 15.09.2011 рис.2. Оптическая толща на длине волне 0.55 мкм измеренная с использованием фотометра SPM и спутникового радиометра MODIS. Полученные результаты позволят выявить региональные особенности оптических характеристик атмосферного аэрозоля и оценить их временную изменчивость. Эти данные необходимы также при коррекции результатов дистанционного спутникового зондирования атмосферы и подстилающей поверхности Земли, а также для изучения процессов переноса излучения и радиационного баланса в Волгоградском регионе. Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ-11-05-97044-р_поволжье_а и 11-07-00660-а. Список публикаций: [1] Мицель А.А., Фирсов К.М., Фомин Б.А. // Перенос опт-ого излучения в молек-ой атмосфере. Томск: STT, 2001. С.444. [2] Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации //М.-2008. Модель континуального поглощения паров воды для окна 8-12 мкм на основе современных экспериментальных данных Бобров Евгений Владимирович Волгоградский государственный университет Фирсов Константин Михайлович, д.ф.-м.н. soul2032@ya.ru Параметры модели континуального поглощения паров воды, использующиеся для описания имеющихся в настоящее время экспериментальных данных о поглощении в области 8-12 мкм, допускают значительную неопределенность. То есть, различным набором этих параметров можно описать одну и ту же температурную зависимость коэффициента континуального поглощения. Коэффициент континуального поглощения представляют в виде: k = k s + k f = (C s exp(−Ts / T )nH 2 O + C f n) p H 2 O (1) где n – число молекул воздуха в единице объема, n H 2O - число молекул Н2О в единице объема, PH2O парциальное давление паров воды, Ts – параметр, определяющий температурную зависимость коэффициента континуального поглощения в случае самоуширения, Cs, Cf, Ts – параметры, определяемые из эксперимента. В настоящее время результаты ряда лабораторных измерений [1,2,3] демонстрируют, что современные модели континуального поглощения в микро-окнах полос поглощения занижают коэффициенты континуального поглощения, обусловленные уширением воздуха (foreign continuum, Cf), а в окне прозрачности атмосферы 8-12 мкм завышают обратную температурную зависимость коэффициентов континуального поглощения, обусловленных самоуширением (self continuum, Cs). В частности, в работе [1] отмечалось, что в 490 модели MTCKD используется слишком сильная температурная зависимость, которая при повышенных температурах приводит к расхождениям, достигающим 50%. На основе экспериментальных данных [1] были оценены параметры Cs при температуре Т=296К и Ts. ( рис. 1) . 1800 1750 1700 1650 TS , K 1600 1550 1500 1450 1400 1350 1300 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 -1 ν, см рис. 1. Спектральная зависимость параметра Тs. Параметр Тs меняется в диапазоне 1500-1700К и имеет ярко выраженную спектральную зависимость. Следует отметить, что практически для всех современных моделей этот параметр больше 1800К. Табл.1 Отношение коэффициентов Cf /Cs на частоте 950 см-1. Burch RSB CKD1 0.005 0.001 0.0014 γ=Cf /Cs TS 1800 MTCKD1.0 0.00038 2000 Baranov at.all 1600 О коэффициенте Cf, входящем в формулу (1), имеются противоречивые данные. Поскольку параметр Cf определяется с большой неопределенностью, то из экспериментальных данных его температурную зависимость определить не представляется возможным. Поэтому для этих целей использовалось приближение лоренцевских крыльев линий. В этом случае коэффициент поглощения, обусловленный уширением воздуха, описывается формулой: 2 ⎛ ⎛ 1 1 ⎞⎞ ⎛ T0 ⎞ hc k f = C f exp ⎜⎜ − E − Q (T ) ⎜ ⎟ n H 2O pвозд k 0 ⎜ T T ⎟ ⎟⎟ VR ⎝T ⎠ 0 ⎠⎠ ⎝ ⎝ , (2) Для того, чтобы температурная зависимость коэффициента поглощения kf была подобной ks , была получена аппроксимацию в виде: kf = Cf e ⎛1 1 ⎞ −T f ⎜ − ⎟ ⎝ T T0 ⎠ n H 2O pвозд (3) где Tf =1100K. Оценки показали, что температурная зависимость для коэффициента kf отрицательная, как и для ks. Проведен замкнутый численный эксперимент, на основе которого предложен атмосферный эксперимент по упрощенной схеме: одновременно с измерениями нисходящих потоков излучения определять общее содержание паров воды в вертикальном столбе атмосферы. Последующий статистический регрессионный анализ позволил уточнить коэффициенты континуального поглощения, обусловленные уширением воздуха и уменьшить существующие неопределенности в моделях континуального поглощения. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, гранты №11-05-97044-р_поволжье_а, 11-07-00660-а. Список публикаций: [1] Baranov Yu.I., Lafferty W.J., Ma Q., Tipping R.H. Water-vapor continuum absorption in the 800–1250 cm-1 spectral region at temperatures from 311 to 363 K//JQSRT. 2008. V.109. P. 2291–2302. [2] Ptashnik I.V. Evidence for the contribution of water dimers to the near-IR water vapour self-continuum// JQSRT. 2008. V.109. P. 831-852. [3] Paynter D. J., Ptashnik I. V., Shine K. P., Smith K. M., McPheat R., and Williams R. G. Laboratory measurements of the water vapor continuum in the 1200–8000 cm-1 region between 293 K and 351 K// J. Geophys. Res. 2009. V. 114. D21301. doi:10.1029/2008JD011355. 491 Статистическая связь между солнечной активностью и глобальными геофизическими процессами Волкова Александра Александровна Рейвах Полина Андреевна Сибирский федеральный университет Киселев Валерий Михайлович, д.ф.-м.н. Joy125@yandex.ru Изучению возможной связи солнечной активности с эндогенными процессами (с сейсмичностью, с вариациями суточного вращения Земли и геомагнитного поля) посвящено много работ, выполненных в разные годы. Чаще всего в качестве характеристики солнечной активности рассматривают относительные числа солнечных пятен (числа Вольфа, W), поскольку ряд их инструментальных наблюдений охватывает последние три столетия. Большинство исследований было направлено на то, чтобы выявить корреляционные связи эндогенных процессов с 11-летним циклом солнечной активности [1–3]. В работах [4–6] показано, что геоэффективным является скорее не 11-летний цикл появления и исчезновения пятен в фотосфере, а вековой (60–80-летний) цикл в изменениях W, который может быть связан с переменной частью солнечного излучения. Это излучение (как волновое, так и корпускулярное) через магнитосферу проникает в атмосферу, изменяет ее тепловой режим и режим циркуляции, которые, в свою очередь, вносят возмущения в энергетику внутренних геосфер. Настоящая работа посвящена проверке гипотезы о наличии значимой множественной корреляции между вековыми изменениями в 1908–2002 гг. солнечной активности (W), энергии планетарной сейсмичности (E), продолжительности земных суток (dP) и величины дипольного геомагнитного момента (Pm). Для построения временных рядов вековых изменений W, E, dP и Pm, которые представлены на рис.1, были использованы данные мировых центров солнечных и геофизических данных (NGDC, NOAA, NEIC USGS, HRV, IERS, IAGA), а также результаты ранее выполненных нами расчетов [6–8]. рис.1. Вековые вариации (в относительных единицах) солнечной активности (W), энергии планетарной сейсмичности (E), продолжительности земных суток (dP) и геомагнитного момента (Pm) Таблица 1. Корреляционная матрица W E dP Pm W R11 = 1 R12 = –0,57 R13 = –0,58 R14 = 0,50 E R21 = –0,57 R22 = 1 R23 = 0,22 R24 = 0,14 dP R31 = –0,58 R32 = 0,22 R33 = 1 R34 = –0,61 Pm R41 = 0,50 R42 = 0,14 R43 = –0,61 R44 = 1 Корреляционная матрица (матрица частных коэффициентов корреляции) рассматриваемых процессов представлена таблицей 1. Значимые в соответствии с критерием Стьюдента коэффициенты корреляции имеют место между солнечной активностью и всеми рассмотренными геофизическими процессами, а также между суточным вращением Земли и геомагнитным полем. Все это находится в полном согласии с результатами работ [4–6, 8]. Корреляции между сейсмичностью и суточным вращением, а также между сейсмичностью и геомагнитным моментом малы. Коэффициент множественной корреляции между W, E, dP и Pm был рассчитан по формуле ~ R = b1R 12 + b 2 R 13 + b 3 R 14 . 492 (1) Коэффициенты b1 , b 2 , b 3 удовлетворяют матричному уравнению ⎛ R 22 ⎜ ⎜ R 32 ⎜R ⎝ 42 R 23 R 33 R 43 R 24 ⎞ ⎛ b1 ⎞ ⎛ R 12 ⎞ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ R 34 ⎟ ⋅ ⎜ b 2 ⎟ = ⎜ R 13 ⎟ . R 44 ⎟⎠ ⎜⎝ b 3 ⎟⎠ ⎜⎝ R 14 ⎟⎠ (2) Вычисленное по формуле (1) значение коэффициента множественной корреляции оказалось равным 0,82, т.е. по абсолютной величине значительно выше всех частных коэффициентов корреляции. Согласно критерию Стьюдента с вероятностью 0,95 гипотезу о наличии множественной линейной корреляции между вековыми вариациями солнечной активности, планетарной сейсмичности, продолжительности земных суток и геомагнитного момента нельзя отвергнуть. Список публикаций: [1] Сытинский А.Д. Связь сейсмичности Земли с солнечной активностью и атмосферными процессами – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 99 с. [2] Хаин В.Е., Халилов Э.Н. // Science without borders. Transactions of the International Academy of Science H&E. – V.3. – 2007/2008, SWB, Innsbruck, 2008. [3] Белов С.В, Шестопалов И.П., Харин Е.П. // ДАН. – 2009. – Т.428. – №1. – С. 104-108. [4] Калинин Ю.Д., Киселев В.М. // Геомагнетизм и аэрономия. – 1976. – Т. XVI. – С. 858–861. [5] Kalinin Yu. D., Kiselev V.M. // Solar-terrestrial predictions proceedings (ed. R.F. Donelly), Boulder, Colorado. – March 1980. – V.4. – P. G23–G28. [6] Киселев В.М. Неравномерность суточного вращения Земли – Новосибирск: Наука, 1980. – 160 с. [7] Волкова А.А., Рейвах П.А. // Молодежь и наука: начало XXI века. Сб. материалов V науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Ч.2. – Красноярск, изд-во СФУ, 2009. – С. 309–311. [8] Киселев В.М. // Тезисы докладов научного симпозиума «Геодинамическая безопасность, мониторинг и прогноз» – Красноярск, 2010. – С. 30–32. Изучение фокального механизма землетрясения с использованием инверсии тензора сейсмического момента Денисенко Александра Валерьевна Сибирский федеральный университет, кафедра теплофизики ИИФиРЭ К.В.Симонов, д.т.н. aleksa-d87@mail.ru Исследование природы сильнейших землетрясений продолжает оставаться актуальной проблемой в науках о Земле. Ежегодно на Земле происходят более 100 тысяч землетрясений. Из них людьми ощущаются около 10 тысяч и разрушительными бывают около 100 землетрясений. Эти подземные бури наносят большой ущерб жизнедеятельности и приводят к огромным человеческим жертвам. В то же время геофизикам они дают возможность достаточно детально изучать внутреннее строение Земли. При этом одной из важнейших целей геофизических исследований является оценка времени и места предстоящих землетрясений. В случае решения этой сложнейшей проблемы появилась бы возможность своевременного предупреждения населения о предстоящем землетрясении, что позволило бы уменьшить до минимума или исключить гибель людей. В последние годы справедливо придается большое значение изучению современного напряженного состояния земной коры и литосферы. Изучение внутреннего строения Земли производится различными методами. Одним из основных подходов является сейсмический метод, основанный на изучении естественных землетрясений и искусственных землетрясений, вызываемых взрывами или ударными вибрационными воздействиями на земную кору. В рамках стажировки в Австралийском Национальном Университете проведены исследования, связанные с сейсмичностью территории Австралии, которая находится в границе раздела Индо-Австралийской тектонических плит. Этот регион характеризуется высокой сейсмической активностью, землетрясения происходят на границах раздела этой плиты с прилегающими плитами. Последовательности землетрясений на юге и западе Австралии расположены вдоль океанических хребтов в зоне спрединга. Землетрясения на востоке и севере Австралии находятся на границе раздела литосферных плит в зоне субдукции, известно также, что Австралия движется на север, северо-восток примерно на 10 см в год. В качестве итогового исследования в рамках стажировки изучается фокальный механизм землетрясения, произошедшего в Австралии. По данным регионального сейсмического мониторинга 26 декабря 2007 в 493 15:36:11 (по Гринвичу) зарегистрировано сейсмическое событие с магнитудой 4.4 на юге Австралии (Flinders Range). Очаг залегал на глубине 16 км, координаты гипоцентра землетрясения: широта 32,392 ю.ш, долгота 138,383 в.д. При построении фокального механизма землетрясения использовался метод инверсии тензора сейсмического момента, который достаточно подробно описан в работах [1-4]. Метод инверсии тензора сейсмического момента применялся с использованием сейсмограмм, полученных региональной сетью сейсмостанций, расположенных по всей территории Австралия. В используемом алгоритме метод инверсии тензора сейсмического момента реализован во временной области с использованием сейсмограмм для всех 3-компонент: вертикальной (Z), северной (N) и восточной (E) горизонтальных компонент. Полученные, в результате моделирования данных, характеристики механизма очага землетрясения предоставляют важную информацию: время землетрясения, расположение эпицентра, глубина очага, сейсмический момент и магнитуда. В соответствии с алгоритмом, автором, на основании полученных структурных моделей, выполнено обратное преобразование сигнала, для того чтобы определить параметры очага землетрясения. На основе интерпретации полученных результатов изучен эффект направленности и смещение сигналов в зависимости от азимута для более детального определения плоскости, в которой разрыв состоялся. Таким образом, фокальный механизм землетрясения характеризует ориентировку и направление плоскости взаимного скольжения блоков земной коры в очаге и отражает особенности напряженно-деформированного состояния исследуемой геосреды. Список публикаций: [1] Myall Hingee, Hrvoje Tkalcic, Andreas Fichtner and Malcolm Sambridge. Seismic moment tensor inversion using a 3-D structural model: applications for the Australian region // Geophysical Journal International. – 2010. – Р. 607–615. [2] Andreas Fichtner, Hrvoje Tkalиiж. Insights into the kinematics of a volcanic caldera drop: Probabilistic finite-source inversion of the 1996 Bardarbunga, Iceland, earthquake // Earth and Planetary Science Letters. – 2010. – Р. 607–615. [3] KLAUS REGENAUER-LIEB, DAVID A. YUEN, and FLORIAN FUSSEIS. Landslides, Ice Quakes, Earthquakes: A Thermodynamic Approach to Surface Instabilities // Pure and Applied Geophysics. – 2009. – Р. 1–24. [4] Stephanie Prejean, William Ellsworth, Mark Zoback and Felix Waldhauser. Fault structure and kinematics of the Long Valley Caldera region, California, revealed by high-accuracy earthquake hypocenters and focal mechanism stress inversions // Journal of Geophysical Research. – 2002. – Р. 607–615. Использование сигнала ЯМР для определения смачиваемости горных пород Колесов Владимир Анатольевич Сибирский федеральный университет Киселев Валерий Михайлович, д.ф.-м.н. Wheeloff@gmail.com Величина смачиваемости пород наряду с другими характеристиками пластов-коллекторов (таких как пористость, проницаемость, нефтенасыщенность и т.д.) является определяющим фактором для оценки запасов месторождения, для проектирования схемы его разработки. В настоящее время отсутствуют надежные методы количественного определения смачиваемости по данным геофизических исследований скважин. По своей физической сущности одним из наиболее информативных относительно оценки смачиваемости пород в пластовых условиях представляется метод ядерно-магнитного каротажа (ЯМК), основанный на явлении ЯМР в протоносодержащих флюидах. В настоящей работе представлена математическая модель количественного определения смачиваемости терригенных пород по данным ЯМК. Считают, что время релаксации сигнала (T2), измеряемого приборами ЯМК, содержит три независимые составляющие: T2surface – время поверхностной релаксации, T2bulk – время объемной релаксации, T2diffusion – время диффузионной релаксации. Между собой эти времена связаны уравнением: 1 1 1 1 = + + T2 T2surface T2bulk T2diffusion (1) Диффузионный член в (1) определен параметрами установки и в последующих расчетах не фигурирует. Пусть до определенного размера поры, который будем характеризовать критическим радиусом Rкрит, T2 зависит только от T2surface («работает» только двойной электрический слой (ДЭС)). Тогда для R<Rкрит, уравнение (1) переходит в: V T2 = , ρ 2S 494 (2) где V – объем поры; S – площадь поверхности поры; ρ2 – коэффициент поверхностной релаксации. После превышения критического радиуса поры (Rкрит) капиллярные силы больше не могут удержать флюид связанным, и происходит заполнение поры флюидом, не имеющего непосредственного контакта с поверхностью породы. Толщина слоя ДЭС перестает расти и принимает некоторое эффективное значение h. Объем ДЭС при этом будет равен VДЭС=Sh. Следовательно, T2surface становится постоянной величиной: h T2surface = ρ2 (3) Так как время релаксации от ДЭС для всех пор, радиус которых превышает Rкрит, является постоянной величиной согласно (3), а свойства воды и нефти различны, то на каротажной диаграмме должны наблюдаться два характерных пика в области связанной воды и связанной нефти. Поскольку величины ρ2 и h для нефти и воды рассматриваемого месторождения не известны, то расчет T2surface по (3) не представляется возможным. Согласно Андерсону непроницаемые глины в пластовых условиях всегда являются гидрофильными и их можно рассматривать в качестве опорных гидрофильных пластов. Отсечка для T2surface воды была определена из условия наличия характерного пика как в области коллектора, так и в интервале глин. Отсечка для нефти выбрана из условия наличия второго характерного пика в области коллектора. В качестве индекса смачиваемости (W) нами предложено рассматривать величину: T2W − T2mean (4) T2W − T2O где T2O – характерное время поверхностной релаксации нефти; T2W – характерное время поверхностной релаксации воды; T2mean – средневзвешенное время поперечной релаксации, определяемое как: W= T2mean = ∑ ϕ i T2i ∑ ϕi (5) где φi – инкрементная пористость; Т2i – характерное время релаксации φi. Выполнены расчеты смачиваемости в рамках предложенной модели и проведено сопоставление с данными смачиваемости по керну (рис.1). рис.1. Каротажная диаграмма сигнала ЯМР и сопоставление результатов смачиваемости по керну (точки) и предложенной модели (непрерывная кривая) В интервале коллектора средние значения рассчитанной и экспериментально определенной смачиваемости практически совпали. Рассмотренный коллектор является преимущественно гидрофобным. 495 Математическая модель термогидродинамических процессов в нефтяном пласте при освоении скважины Махмутов Алмаз Аксанович Башкирский государственный университет Рамазанов Айрат Шайхуллинович, д.т.н. 102almaz@gmail.com В последнее время разработке математических моделей неизотермической фильтрации флюидов в пористой среде уделяется большое внимание в связи с возможностью определения параметров пластов по измеренным в скважине нестационарным температурным полям [1]. В данной работе исследуются нестационарные поля давления и температуры в пористом пласте для граничных условий, характерных освоению малодебитных скважин. В течение времени возмущения t B давление в скважине снижалось как f (t ) , затем давление восстанавливается либо за счет заполнения скважины (режим КП – кривой притока), либо за счет сжатия флюида (режим КВД – кривой восстановления давления). Математическая постановка задачи давления выглядит следующим образом: β *h ∂p 1 ∂ ⎡ ∂p ⎤ = rσ (r ) ⎥, ⎢ ∂t r ∂r ⎣ ∂r ⎦ rc < r < Rk ; (1) p t =0 = Pi ; p r =r = f (t ), t < tB ; c ∂p ∂p =C , ∂t ∂r здесь β*– (2) r = rc , (3) t > tB ; (4) упругоемкость пласта; h – толщина пласта; r c – радиус скважины; Rk – радиус контура питания; Pi – начальное пластовое давление; f (t ) – функция изменения давления; C – емкостный параметр; t B – время воздействия на пласт; σ (r ) – гидропроводность. В данной задаче гидропроводность σ (r ) зависит от радиальной координаты r . Решение задачи (1) зависит от параметра C , описывающего влияние ствола скважины, он различен для режима КП и КВД. Изменение температуры флюида T (r , t ) определяется конвективным баротермическим эффектом. Постановка задачи для температуры имеет вид: теплопереносом и ∂T ∂T ∂p ∂p + u (r , t ) = −εu (r , t ) + η * ; ∂t ∂t ∂r ∂t (5) T t =0 = 0; (6) u (r , t ) = −c k ∂p ; μ ∂r η * = φcη ; p (r , t ) – давление, решение задачи (1); ε – коэффициент Джоуля-Томсона; η * – отношение теплоемкости жидкости к теплоемкости пласта; φ – пористость; η – адиабатический коэффициент; k – здесь проницаемость; μ – вязкость. В уравнении (5) пренебрежено кондуктивным теплопереносом. Задача (1) – (6) решается численно конечно-разностным методом на неравномерной сетке. Для решения (1) – (4) используется чисто-неявная схема, при решении (5) используется схема «уголок». Список публикаций: [1] Рамазанов А.Ш., Валиуллин Р.А., Садретдинов А.А. и др. Термогидродинамические исследования в скважине для определения параметров прискважинной зоны пласта и дебитов многопластовой системы. – SPE 136256, 2010, 23с. 496 Моделирование неизотермической фильтрации в трещиновато-пористом пласте Салихов Тимур Ренатович Башкирский государственный университет Садретдинов Александр Александрович, к.ф.-м.н. Timur-salikhov@yandex.ru По мере развития техники глубинных измерений подземные температурные процессы оказались доступными для непосредственных наблюдений. Открылись реальные возможности для существенного расширения информации о процессах, происходящих в нефтяных и газовых месторождениях. Возрос практический интерес к теории термодинамических явлений в условиях трещиновато-пористой среды [1]. Создание новых моделей фильтрации в трещиноватых породах вызвало необходимость более детального изучения геологического строения и физических свойств этих пород. Одновременно началось углубленное экспериментальное и теоретическое изучение фильтрационных процессов в глубокозалегающих трещиноватых породах в нашей стране и за рубежом. Трещиновато-пористая среда представляет собой совокупность пористых блоков, отделенных один от другого развитой системой трещин. Жидкость и газ насыщают и проницаемые блоки и трещины. Трещиновато-пористые коллекторы - это в основном известняки, иногда песчаники, алевролиты, доломиты [2]. Рассмотрим баланс тепловых потоков в элементе объема трещинной среды. Течение однородной упругой жидкости по системе трещин связано со следующими основными элементарными перемещениями тепла: конвективным переносом, теплообменом с блоками породы, температурными дроссельным и адиабатическим эффектами, рассеиванием тепла в результате теплопроводности. Дифференциальное уравнение для потока упругой жидкости в трещинной системе с учетом теплообмена выглядит следующим образом: C c' ∂T1 ∂P ∂T ⎞ 1 ∂ ⎛ − m1 ρc p γ 1 + ρc p v 1 (gradT1 + εgradP1 ) + χS (T1 − T2 ) + q(T1 − T2 ) − ⎜ rλ1 1 ⎟ = 0 r ∂r ⎝ ∂t ∂r ⎠ ∂t где С c = m1 ρc p - объемная теплоемкость трещинной системы; m1 - коэффициент трещиноватости; ' (1) ρ- c p - теплоемкость жидкости при постоянном давлении; γ - адиабатический коэффициент при постоянной энтропии; ε - дроссельный коэффициент при постоянной энтальпии; χ - постоянный плотность жидкости; объемный коэффициент теплоотдачи; S - удельная поверхность трещин, обратно пропорциональная величине характерного размера блоков l; v 1 - вектор скорости фильтрации жидкости в системе трещин; λ1 коэффициент теплопроводности трещин. Рассматривая баланс тепловых потоков при фильтрации упругой жидкости в проницаемых блоках элемента трещинной среды, получим аналогичное уравнение: Cc'' ∂T2 ∂P ∂T ⎞ 1 ∂⎛ − m2 ρc pγ 2 + ρc p v 2 (gradT2 + εgradP2 ) − χS (T1 − T2 ) − q(T1 − T2 ) − ⎜ rλ2 2 ⎟ = 0 ∂t ∂t r ∂r ⎝ ∂r ⎠ где С c = m2 ρc p + (1 − m2 ) ρ n cn - объемная теплоемкость пористой среды блоков; '' и теплоемкость матрицы блоков; m2 - коэффициент пористости блоков; ρ ρn и (2) cn - плотность - плотность жидкости; v 2 - вектор скорости фильтрации жидкости в блоках; λ2 - коэффициент теплопроводности блоков. Полученная система дифференциальных уравнений, дискретизируется конечно-разностным методом. После преобразований получаются линейные уравнения, которые решаются методом прогонки: При решении системы уравнений (1)-(2) были использованы значения давлений, полученные в результате рассмотрения однофазной плоскорадиальной фильтрации нестационарного потока жидкости в трещиновато-пористом пласте. Система дифференциальных уравнений (уравнений неразрывности - для фильтрации в трещинах (3) и для фильтрации в пористых блоках (4)) ⎛1 ∂ (ρ1 ⋅ v1 ⋅ r )⎞⎟ = ∂ (ρ1 ⋅ m1 ) − q −⎜ ∂t ⎝ r ∂r ⎠ ,(3) ⎛1 ∂ (ρ 2 ⋅ v 2 ⋅ r )⎞⎟ = ∂ (ρ 2 ⋅ m2 ) + q , −⎜ ∂t ⎝ r ∂r ⎠ (4) была решена со следующими начальными и граничными условиями: 497 Pi r = Rк = Pпл , Pi r = Rск = Pск , Pi t =0 = Pпл , i = 1, 2. Переток жидкости из пористых блоков в трещины при фильтрации в каждой среде учитывается членом q (интенсивностью перетока). q = α0 ⋅ где α0 - безразмерный коэффициент; η ρ0 ⋅ ( p 2 − p1 ) , η - динамическая вязкость; (5) ρ0 - плотность жидкости в стандартных условиях. В работе предложена математическая модель неизотермической фильтрации в трещиновато-пористом пласте на основе рассмотрения более простых моделей [3] и решена система из четырех уравнений. Для случая пористой среды известны методики, позволяющие оценивать свойства призабойной зоны пласта по данным температурных измерений в работающей скважине. Однако для случая трещиновато-пористых пластов подобных работ крайне мало. В дальнейшем на основе построенной математической модели будут проведены исследования для получения информации о коллекторских свойствах пласта. Будет проанализировано влияние параметров трещиновато-пористой среды на величину и динамику изменения температуры жидкости, притекающей в скважину. Список публикаций: [2] [1] Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра. 1965. 240 с. [3] [2] Басниев, К.С., Кочина И.Н., Максимов. В.М. Подземная гидромеханика. М.: Недра. 1993. 416 с. [4] [3] Зайцев В.М. // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 1970. №1. С. 73. Оценка характерного числа повторных разрядов молнии и интервала времени между ними посредством регистрации ОНЧ радиоизлучения в Якутии Тарабукина Лена Дмитриевна Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Козлов Владимир Ильич, к.ф.-м.н. tarabukina@ikfia.ysn.ru Параметры молнии и характеристики в целом грозовой деятельности, использующиеся для оценки влияния атмосферно-электрических явлений на радиоэлектронные средства, электросети и другие наземные объекты, носят вероятностный характер. Одним из таких параметров является число повторных ударов по одному каналу. Молния является основным источником формирования естественного радиошума Земли. Главная стадия молнии, возвратный удар, следующая за стадией ступенчатого лидера, порождает сильный импульс электромагнитного излучения в диапазоне очень низких частот (ОНЧ), который подвержен частотной дисперсии, затуханию более высоких частот с расстоянием при распространении в волноводе Земля-ионосфера и многократному отражению от стенок волновода. По каналу возвратного удара через некоторый промежуток времени могут пройти еще несколько повторных разрядов, предваряемых стадией стреловидного лидера. В работе использованы экспериментальные данные регистрации естественного радиошума от 29.07.2010 г. с 13:30 до 18:15 LT, записанные через каждые 15 минут по 3 секунды в двух пунктах – «Кисилээх» (широта 67°57,774' N, долгота 135°06,735' E), «Ойбенкель» (широта 61°55'43.20" N, долгота 129°23'45.34" E). Естественный радиошум принимался на штыревые антенны высотой 10 и 1,5 м, подключенные через АЦП к ноутбуку. В пунктах регистрации наблюдения велись на разные АЦП (Е154 и Е440) с разной частотой дискретизации – 60 кГц, 100 кГц. Также были рассмотрены данные наблюдений от 19.07.2010 г. 18:20 LT в двух пунктах: «Хандыга» (широта 63°06,717' N, долгота 139°03,794' E) и «Ойбенкель». Регистрация велась с помощью АЦП Е154 с частотой на канал равной 60 кГц на два канала. На один канал записывался импульс PPS от GPS. На второй канал велась запись ОНЧ-сигнала, принимаемого на электрическую антенну. Всего было рассмотрено 22 радиосигнала от молнии с сериями из нескольких разрядов (рис.1). Максимальное количество разрядов в рассмотренных сериях составило 9 разрядов, мода – 3 разряда, медиана – 4 разряда. 498 рис.1 Пример серии молнии с тремя разрядами и предшествующим ступенчатым лидером Всего в 22 сериях произошло 96 радиоимпульсов, идентифицируемых как возвратный удар в молнии типа «облако-земля». Большинство импульсов ассоциировалось с отрицательными молниевыми разрядами. Последующие повторные разряды в основном повторяли полярность первого в серии. Было зафиксировано всего 4 случая первых в серии разрядов с положительной полярностью. При этом одна серия показывает интересное поведение молнии с несколькими разрядами – при положительном первом разряде повторные разряды имеют отрицательную полярность. Такие случаи изменения полярности иногда наблюдаются в других исследованиях [1]. Длительность серий достигала 600 мс, при этом наиболее короткая серия из двух разрядов длилась 17,4 мс. Медианное значение составило 205,3 мс, а 50% всех длительностей содержится в интервале от 64 до 400 мс. Наименьшая разность во времени между повторными разрядами достигала 10 мс, наибольшая – 314 мс (единичный случай превышения 200 мс), среднее значение – 69,5 мс, медианное значение – 61 мс, 50% значений лежало в интервале от 31,8 до 81,4 мс. Эти значения соответствуют результатам исследований для широт штата Флорида США [2] и для средних широт Европы [3], по которым средние геометрические значения интервала между повторными разрядами составило соответственно 60 мс и 56 мс. Сравнение амплитуд повторных разрядов производилось путем нормирования к амплитуде первого в серии, так как наиболее часто первый разряд превосходит по мощности все последующие в серии, и представлено в процентных соотношениях. По всем 74 случаям возникновения последующих разрядов после первого возвратного удара получены следующие характеристики амплитуд повторных разрядов: среднее значение – 50,1% со стандартным отклонением – 27,1%, медианное значение – 42,5%, а 50% всех значений лежит в пределах от 29,7 до 63,2%. Также было отмечено 5 случаев превышения амплитуды первого разряда последующими компонентами в серии. Максимальное соотношение составило 116,6%. Есть предположение, что время между появлениями повторных разрядов влияет на их мощность как следствие длительного накопления заряда в облаке над каналом молнии. Но в настоящих измерениях это гипотеза не оправдывается, так как общей тенденции возрастания доли амплитуд при увеличении длительности интервала между соседними по времени разрядами не наблюдается. Работа поддержана грантами РФФИ 12-05-98528-р_восток_а и 12-02-00174-а и программой РНП 2.1.1/2555. Список публикаций: [1] Юман М.А. Молния. – М: Изд. Мир, 1972. С.129-130. [2]Rakov V.A., Uman M.A., Thottappillil R. Review of lightning properties from electric field and TV observations // J.Geophys.Res. 1994. V.99. No.D5. P. 10,745–10,750. [3]Diendorfer G., Schulz W., Rakov V.A. Lightning characteristics based on data from the Austrian lightning locating system // IEEE transactions on electromagnetic compatibility. 1998. V.40. No.4. P. 452-464. 499 Решение прямой задачи сейсморазведки в рамках теории фонон-фононного взаимодействия Тарантин Михаил Викторович Горный институт УрО РАН gptmv @ mi-perm.ru В нефтепоисковой геофизике достаточно важную роль играют сейсмические методы исследования. На них приходится основной объем работ и получаемой информации. Результатами полевых наблюдений являются массивы волновых записей, регистрируемых при различных положениях пары источник-приемник на исследуемой территории. Дальнейшая обработка полученных материалов зависит от поставленных целей, но всегда сложна и невозможна без априорной информации. При этом, на результаты обработки в целом влияет не только качество априорной информации, но и компетентность и опыт интерпретатора. В процессе обработки большого объема волновых сигналов интерпретатору приходится множество раз проверять свои предположения о строении земной толщи путем решения так называемой прямой задачи – построения отражений при заданных свойствах среды, и часто бывает так, что, выделяя одну отражающую границу, он теряет другие. Обычно построение отражений при известных свойствах среды производится следующим образом. По имеющимся скоростным и плотностным параметрам толщи определяются интервалы их относительного постоянства и существенных изменений, в результате строится слоистая модель среды. Очевидно, что способ выделения слоев имеет существенное влияние на конечный результат моделирования, поэтому нахождение некоего универсального метода позволило бы решать прямую задачу всегда в одних условиях. Использование «лобового» метода, когда каждое изменение скорости или плотности среды считается границей, приводит к чрезмерному усложнению модели и времени обработки данных и невозможности выделения значимых границ на данной территории. В настоящей работе предпринята попытка использовать для построения такого универсального метода теорию фонон-фононного взаимодействия в двухфазных пористых средах [1], каковыми представляются горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры. Разумеется, это лишь приближение, однако при поиске ловушек углеводородов оно вполне правомерно. Из общих соображений и теории самого механизма ясно, что отражение волн будет иметь место при изменении скорости, либо степени пористости, среды. Поэтому в качестве количественного параметра предлагается использовать изменение пористости на интервале в длину волны рассматриваемого сигнала. Кроме согласия с механизмом, это будет отражать дифракционные свойства волн – на больших частотах возможно большее число отражающих границ. В качестве критерия возможности отражения от данной глубины выбрано наличие на разностной кривой пористости особых точек – экстремумов и изломов. Это обеспечивает сходимость алгоритма с классической теорией в предельных случаях двух полупространств и одиночного слоя. Поскольку реальный сигнал представляет собой ряд частот, каждой частоте может соответствовать своя система отражающих границ. В этом состоит основное отличие предлагаемого вычислительного метода от «классического», где каждая граница считается широкополосной и отражает весь падающий сигнал. Другим важным отличием является выбор положения этих границ: в «классическом» методе их положение определяет интерпретатор на основе опыта и в соответствии с априорной информацией, в предлагаемом методе положение границ определяется вычислительным процессом на основе заложенного алгоритма по имеющейся информации о скоростном строении среды, участие интерпретатора не требуется. После определения отражающих границ получение отраженного сигнала не представляет трудностей – достаточно произвести свертку отражающей функции среды и исходного сигнала. Таким образом, процедура построения отраженного сигнала состоит из нескольких этапов (рис. 1). В качестве входных параметров задается частотный интервал, в котором будет вычисляться отражение; обычно он совпадает с основным частотным интервалом спектра исходного импульса. Сначала по имеющейся в виде каротажной кривой dT(h) информации о скорости целевых (продольных или поперечных) волн в среде с учетом уравнения среднего времени строится кривая R(h) разности пористости. Такая кривая строится для каждой из частот в выбранном диапазоне. Затем каждая кривая просматривается на наличие особых точек – фиксируются их глубинное и частотное положение. Совокупность особых точек всех кривых Rf(h) образует систему отражающих эффективных границ: каждая эффективная граница имеет некую протяженность по частоте и может быть распределена в пространстве (по глубине). В соответствии с алгоритмом ее «целостность» определяется в интервале порядка длины волны. Каждый отражающий элемент границы характеризуется глубиной и величиной коэффициента отражения сигнала данной частоты. В результате, отражающая функция среды, соответствующая системе отражающих границ, будет являться геометрической суммой вида (1), составленной для всех отражающих элементов, полученных в ходе работы описанного алгоритма. 500 h ⎛ ⎞ R ( f ) = ∑ R f (h) ⋅ exp ⎜ j ⋅ 2π ⋅ f ⋅ ∫ dT (ξ )d ξ ⎟ h 0 ⎝ ⎠ (1) рис. 1. Вычисление ФВК сигнала отражения от интервала терригенных пород в карбонатной толще для вибросейса. Лит – литология, dT_p – обратная скорость продольных волн, R50 – функция отражения для частоты 50 Гц, Ef_Brd – выбранные экстремумы функций отражения, CCF – ФВК отраженного и исходного (свип-) сигнала, CCF_F – полевая сейсмотрасса. На рисунке представлен пример работы алгоритма вычисления отраженного сигнала для терригенной пачки в карбонатных породах. Как видно из рисунка, результирующая кривая CCF, не противоречит сигналу, полученному при стандартной обработке полевых материалов, что может свидетельствовать в пользу правомерности изложенного подхода. В настоящее время алгоритм проходит стадию апробации. Список публикаций: [1] Сидоров В.К., Тарантин М.В. // ДАН. 2010. Т. 434, № 2. С. 257 Экспериментальные наблюдения усиления потока нейтронов в атмосфере во время удара молний Торопов Анатолий Анатольевич Козлов Владимир Ильич, Муллаяров Виктор Арсланович, Стародубцев Сергей Анатольевич Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Муллаяров Виктор Арсланович, к.ф.-м.н. toropov@ikfia.ysn.ru В работах [1,2] сообщается о значимом усилении потока нейтронов зарегистрированных нейтронным монитором (Гималаи,2743м), для 124 молний. В Работах [3,4] сообщается о регистрации повышенного потока нейтронов во время молний на уровне моря в Индии и Москве и предполагается что нейтроны возникли в результате реакций ядерного синтеза в канале молнии. В[5] приведены результаты теоретического анализа, показавшие, что вероятность реакций ядерного синтеза в канале молнии, который рассматривается как источник нейтронов в грозовой атмосфере, крайне мала, а генерация нейтронов в грозовых электрических полях есть следствие фотоядерных реакций в гигантских восходящих атмосферных разрядах над грозовыми облаками, обусловленными тормозным излучением релятивистских и убегающих электронов. Нами выполнены одновременные наблюдения на Якутском спектрографе космических лучей ИКФИА СО РАН (105 м, над уровнем моря) и регистраторе электрического поля за летний грозовой сезон 2009, 2010, 2011 года. Всего в районе спектрографа за три летних сезона наблюдалось 39 гроз. В 9 из них наблюдалось повышение уровня нейтронов на достоверно значимую величину. 501 Рассмотрена гроза 11.06.2011, во время которой молниевые разряды облако-земля вызывали повышение уровня нейтронов. Для этой грозы удалось определить расстояние до места удара молнии по фотоснимкам сделанным во время грозы. Молнии которые вызвали всплески нейтронов ударяли на расстояниях 6,2 км., 5,8км., 7,1км. от нейтронного монитора. Так же рассмотрена гроза 12.06.2011, в которой молниевые разряды были, преимущественно в направлении от земли к облаку. Данный тип разрядов никакого влияния на нейтронную компоненту не оказал. Проводилась видеозапись данной грозы со скоростью 300 кадров в секунду. Записаны 3 разряда между землей (мачта телевизионной вышки высотой 240 м. в центре Якутска) и грозовым облаком. Телевышка находится на расстоянии 4,1км. от нейтронного монитора. Работа выполнена при частичной поддержке грантов РФФИ № 09-05-98540-р_восток_а, 09-05-98507р_восток_а, 98-02-98511-р_восток_а, а так же АВЦП проект № РНП 2.1.1/2555, гранта президента РФ для поддержки научной школы НШ-3526.2010.2 и госконтрактом №02.740.11.0248. Список публикаций: [5] Shan G.N.,Razdan H., Bhat G.L., Ali G.M., Nutron generation in ligtnings bolts // Nature, 1985. V.313. P. 733-755 [6] Babich L.P. Highenergrgy phenomena in electric discharge in dense gases: theory, experiment and natural phenomena. Arlington. Virginia.USA:Futurepast Inch.,2003. P.358. [7] Shyan A.N. And T.C. Kaushik. Observation of neutron bursts associated with atmospheric ligtning discharge, J.Geophys.Res., 1999.104,P.6867-6869. [8] Кружевский, Генерация нейтронов в молниях // Вестник МГУ,2004. Сер. 3. Физика и астрономия. №5. С. 14-16. [9] Бабич Л.П. Механизм генерации нейтронов коррелированных с разрядами молнии // Геомагнетизм и аэрономия, 2007. Т.47.№5.С.702-708. Зависимость от температуры времени установления диэлектрической проницаемости грунта после увлажнения из сухого состояния Федосеева Елена Сергеевна Кондратьева Ольга Васильевна Омский государственный педагогический университет Бобров Павел Петрович, д.ф.-м.н fedoseeva209@gmail.com При дистанционном определении влажности почв с помощью микроволновых радиометров, устанавливаемых на космические аппараты (SMOS Aqua и др.), используется зависимость комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почв от влажности на частотах от 1,4 ГГц и выше. В популярных на Западе приборах для контактного определения влажности методом TDR (Time Domain Reflectometry) используется аналогичная зависимость на частотах 50 – 1000 МГц. Оказывается, однако, что КДП почвы может изменяться в течение нескольких дней даже при постоянной влажности. Авторами [1] были проведены диэлектрические измерения в широком частотном диапазоне, показавшие, что КДП изменяется в течение нескольких суток после увлажнения сухой почвы. Измерения в диапазоне частот от 1 кГц до 4 ГГц показали, что наиболее сильные изменения наблюдаются в диапазоне частот от 1 до 40 МГц, где с течением времени действительная часть КДП ε′ возрастает. За 5-7 суток эти изменения могут достигать от 20 до 40% в зависимости от влажности. На частотах выше 100 МГц за это время значения ε′ уменьшаются (на частоте 4 ГГц на 10-25%). Нами исследовались два образца бентонита, в течение нескольких суток выдерживаемые один при температуре +20–22 °С (комнатная температура), а второй – при температуре +0,5°С (в климатической камере ТН-МЕ-25). Образцы после увлажнения до влажности 0,33 м3/м3 помещались в конденсаторные ячейки, включаемые в разрыв центрального проводника коаксиальной линии большого сечения. Комплексный коэффициент передачи такой ячейки измерялся с помощью векторного анализатора цепей ZVRE фирмы Rohde & Schwarz. Методика измерения и обработки данных изложена в [2]. Погрешность измерения в диапазоне частот 100 кГц – 100 МГц для величины Δε/ε' составила 1–1,5 %, а для величины ΔσЭ – 10–5–4·10–4 См/м. Эквивалентная удельная проводимость σЭ определялась как σ Э = ωε 0ε " , где ε′′ – мнимая часть КДП, ε0 = 8.854⋅10–12 Ф/м – диэлектрическая постоянная, ω – циклическая частота. 502 σЭ0,25 , 200 ε′ см/м 0 1 150 0,20 2 0,15 3 100 4 0,10 5 50 0,05 0 5 1,00E+05 6 1,00E+06 7 1,00E+07 8 1,00E+08 9 1,00E+09 0,00 5 1,00E+05 6 7 1,00E+06 8 1,00E+07 1,00E+08 9 1,00E+09 lg f (Гц) рис.1. Изменение во времени действительной части КДП бентонита при комнатной температуре. Нумерация кривых соответствует числу суток, прошедших после увлажнения Значительные изменения КДП при комнатной температуре происходят в течение 4-5 суток (рис.1). При температуре +0,5°С значения ε' и σЭ, во-первых, ниже, чем при комнатной температуре (рис.2), во-вторых, они изменяются медленнее. Полного установления постоянных значений не наблюдается в течение 7 суток. 200 σЭ0,12 , ε′ см/м 0 1 150 0,09 2 4 100 0,06 7 0,03 50 0 5 1,00E+05 6 1,00E+06 7 1,00E+07 8 1,00E+08 9 1,00E+0 0,00 1,00E+05 5 1,00E+06 6 1,00E+07 7 1,00E+08 8 lg f (Гц) рис.2. Изменение во времени действительной части КДП бентонита при температуре+0,5°С. Нумерация кривых соответствует числу суток, прошедших после увлажнения В заключение следует отметить, что медленность изменения КДП почв после увлажнения необходимо учитывать при измерениях КДП, а также при дистанционном определении влажности почв электромагнитными методами. При установившейся практике выдерживания образцов перед измерениями в течение 12-24 часов ошибка измерения установившегося значения является высокой, особенно в диапазоне частот 106 – 107 Гц. Список публикаций: [1] Бобров П.П., Кондратьева О.В. Материалы XII Международной конференции "Физика диэлектриков" (Диэлектрики 2011). СПб, 1, 204–206 (2011). [2] Эпов М.И., Бобров П.П., Миронов В.Л. и др. Геология и геофизика, 52, 1302-1309 ( 2011). Исследование расслоенных течений в наклонной трубе Шарипов Артем Маратович Башкирский государственный университет Шарафутдинов Рамиль Файзырович, д.ф.-м.н. Art.hata@mail.ru В последнее время большое внимание уделяется вопросам моделирования расслоенных течений в трубах, в частности, эта ситуация встречается при эксплуатации горизонтальных скважин в нефтегазовых месторождениях. При этом в процессе движения могут участвовать следующие фазы: нефть и вода. Одна из фаз, обычно водная, может двигаться в обратном направлении. В данной работе рассматривается трехслойная стационарная модель расслоенного течения. Геометрия задачи выглядит следующим образом (на рис. 1 указаны направления движения жидкостей и силы трения): 503 рис.1. Геометрия задачи Рассмотрение баланса сил (в проекциях на продольную координату x), действующих на бесконечно малые объемы жидкостей, заключенных между сечениями x и x+dx, приводит к следующим уравнениям сохранения количества движения фаз: − Sн ⋅ − Sв1 ⋅ dp = −τ нв1 ⋅ Рнв1 + τ в1в 2 ⋅ Рв1в 2 + τ в1с ⋅ Рв1с + ρв ⋅ g ⋅ Sв1 ⋅ Sinθ , dx − Sв 2 ⋅ Где dp = τ нс ⋅ Рнс + τ нв1 ⋅ Рнв1 + ρ н ⋅ g ⋅ S н ⋅ Sinθ , dx τ нс ,τ в1с ,τ в 2 с dp = −τ в1в 2 ⋅ Рв1в 2 − τ в 2 с ⋅ Рв 2 с + ρв ⋅ g ⋅ Sв 2 ⋅ Sinθ , dx - напряжения трения жидкостей о стенку; τ нв1 ,τ в1в 2 (1) (2) (3) - напряжения трения на Рнс , Рв1с , Рв 2 с - периметры, которые смачивают жидкости в сечении трубы (рис 2); - периметры межфазных границ; S н , Sв1 , Sв 2 - площади жидкостей в сечении трубы; ρ -плотность межфазных границах; Рв1в 2 , Рнв1 жидкости; g – гравитационная постоянная. Корреляции напряжения сил трения были выбраны следующим образом: 1 2 τ iс = ⋅ f i ⋅ ρi ⋅ υi2 , τ в1н = f н ⋅ ρ н ⋅ (υн − υв1 ) 2 τ в1в 2 = f в1 ⋅ fi = λi 4 Rei = 2 (4) , ρв ⋅ (υв1 + υв 2 ) 2 2 , λi = 64 , Rei ρi ⋅ υi ⋅ Di μi , (5) , (6) (7) (8) Где i – обозначает одну из жидкостей; υ – скорость течения жидкости; Re - число Рейнольдса; D гидравлический диаметр жидкости; μ – вязкость жидкости. В системе уравнений (1) – (3) скорости жидкостей, угол θ, радиус трубы R считаются заданными. Значение периметров, площадей и гидравлические диаметры можно задать через углы ϕ1 , ϕ 2 (рис 2). Таким образом, получается три уравнения и три неизвестных параметра (градиент давления и 2 угла). Такая система является разрешимой. Трудность аналитического решения этой задачи связана с тем, что уравнения являются нелинейными относительно углов ϕ1 и ϕ 2 . Поэтому была создана программа, позволяющая численно рассчитать значения неизвестных параметров. 504 рис. 2. Сечение трубы Ниже приводится пример результатов расчета. Были использованы следующие значения: м м м ,υ в1 = 0,02 ,υв 2 = 0,01 , θ =20°, R=0,2 м. Получены: ϕ1 = 137°, ϕ2 =119°. Значения углов с с с позволяют определить толщины слоёв жидкости: hн = 0,127 м, hв1 = 0,175 м, hв 2 = 0,098 м . υ н = 0,08 Список публикаций: [10] [1] Liang - Biao Ouyang, Mechan. and Simp. Models for Oil – Water Countercurrent Flow, (SPE), 77501, 4-6 (2002) Анализ спектрально – отражательных характеристик растительного покрова Шахматова Любовь Викторовна Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева l_shahmatova@mail.ru В работе рассматривается анализ спектрально – отражательных характеристик растительного покрова Восточной Сибири. Большой лесной край, где 80 % территории занимают лесные массивы, имеет главной составляющей в развитии экономики района заготовку и переработку древесины. В то же время, на этой же территории зафиксированы многочисленные лесные пожары, возникновению которых способствуют большие запасы остаточной древесины на местах рубок. Методика исследовательской работы включает в себя ряд последовательных действий. 1. Предварительная обработка изображений. Выбраны безоблачные космические изображения, полученные со спутника Landsat ETM+ за вегетационный период 2010г. 2. Тематическая обработка изображения. 2.1. Атмосферная коррекция. Влияние атмосферы искажает данные дистанционного зондирования, что нужно так же учитывать. Не всегда снимки идеальны, многие из них имеют большое количество облачности, прослеживается дымка или дымовой шлейф от пожара [1]. 2.2. Создание векторного покрытия участков поврежденной растительности с использованием метода сегментации путем наращивания областей. В результате получена общая площадь участков, идентифицированных как гари, которая составляет 47901,4 га и общая площадь рубок 53607,7 га. 2.3. Расчет значений вегетационных индексов NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) нормализованный дифференциальный индекс растительности - простой количественный показатель количества состояния растительности. Выполнение контролируемой классификации гарей и рубок методом максимального правдоподобия с заданием эталонных областей [2]. Обработка информации проводится методами тематического дешифрирования и нацелена в основном на выявление мест пожаров и рубок, картографирование участков. База данных результатов тематической 505 обработки за несколько лет позволяет на основе статистической обработки выявить общие закономерности и предпосылки возникновения пожаров и рубок. Результаты обработки представляются средствами ArcMAP в виде специальных тематических карт. В среде ГИС все результаты обработки привязываются к системе квартальной сети, что является основой идентификации очагов пожаров, нелегальных рубок и в принятии решений для проведения мероприятий по их локализации и ликвидации. Список публикаций: [1] Рис У. Физические основы дистанционного зондирования / У. Рис - М.: Техносфера, 2008. [2] Кашкин, В.Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений / В.Б. Кашкин, А.И. Сухинин. - М.: Логос, 2001. 506