Отзыв официального оппонента Богомолова Л
advertisement
ОТЗЫВ Официального оппонента на диссертацию МАРАПУЛЬЦА Юрия Валентиновича «Высокочастотный акустоэмиссионный эффект при деформировании приповерхностных осадочных пород в сейсмоактивном регионе» на соискание ученой степени доктора физикоматематических наук по специальности 25.00.10 – «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых» Диссертация Ю.В. Марапульца посвящена исследованию взаимосвязи между высокочастотной геоакустической эмиссией (ГАЭ) осадочных пород, деформационными параметрами осадочных массивов, проявлениями сейсмичности и вариациями атмосферного электрического поля у поверхности Земли. Объектом исследования являются приповерхностные слои осадочных пород в двух измерительных пунктах на полуострове Камчатка – одном из самых сейсмоопасных регионов России. Предметом исследования служат данные, полученные с применением оригинальных авторских методов и средств регистрации ГАЭ и других полей. Итогом мультидисциплинарных исследований соискателя стало обоснование существования эффекта прироста интенсивности ГАЭ при изменениях поверхностных деформаций массивов осадочных пород, названного высокочастотным акустоэмиссионным эффектом, и возможности использования этого эффекта для краткосрочных оценок вероятности сильного землетрясения (ЗЛТ). АКТУАЛЬНОСТЬ И СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. Актуальность темы диссертации определяется, прежде всего, необходимостью разработки новых подходов к проблеме прогноза сильных землетрясений, включая краткосрочные прогнозные оценки. Определенный прогресс в методиках среднесрочных прогнозов достигнут на основе обработки сейсмологических данных, а также вариаций геофизических полей. Но эти подходы непригодны для краткосрочных прогнозов как в силу основополагающих физических принципов (“грубость” моделей подготовки очага землетрясения), так и по технологии сбора данных (недостаточное накопление информации за краткосрочный период: от нескольких суток до нескольких недель). В начале 21 века в нашей стране и за рубежом появились научные публикации, показывающие, что непосредственно перед сильными ЗЛТ наблюдаются аномалии акустической/геоакустической эмиссии в частотном диапазоне от сотен герц до первых десятков килогерц. Переход в высокочастотный диапазон, по сравнению с частотами сейсмоволн, дает возможность контролировать источники малых размеров и оперативно накапливать, а так же обрабатывать информацию. Отсюда интерес к ГАЭ в связи с проблемой краткосрочного прогноза. Однако исследования эмиссии в этом диапазоне вызывают принципиальные трудности, обусловленные сильным затуханием упругих колебаний на таких частотах в терригенных породах и сложностью регистрации сигналов ГАЭ обычными сейсмоприемниками (геофонами). Искажение и ослабление сигналов ограничивает возможности дальность измерений. Развитие технических возможностей для регистрации сигналов ГАЭ с применением современных вычислительных средств быстрой обработки данных позволяет преодолеть эти затруднения. Тем самым, актуализированы исследования потока сигналов ГАЭ и взаимосвязей между их параметрами и неупругой (псевдопластической) деформацией осадочных массивов, чему собственно и посвящена диссертация. Актуальность работы также вытекает из состояния исследований по геоакустике, в частности, геоакустической эмиссии осадочных породных массивов в вышеуказанном диапазоне частот. Среди самых разнообразных по линейным масштабам источников эмиссионных сигналов и соответствующих им длин излучаемых упругих волн естественным образом выделяются три частотных диапазона, исследование в которых отличаются как по задачам, так и по средствам наблюдений. Самый низкочастотный (от долей до единиц Гц, т.е. область инфразвука) соответствует методам очаговой сейсмологии. Уместно провести параллель между мониторингом слабой и умеренной сейсмичности и контролем накопления дефектов (преимущественно микротрещин) в твердых телах методами акустической эмиссии, (АЭ). В дефектоскопии хрупких и полухрупких материалов широко применяется АЭ в ультразвуковом диапазоне частот, от 20–30 кГц до первых МГц. Третий же, звуковой диапазон, занимает промежуточное положение и представляет особый интерес для исследований процессов пластических и псевдопластических деформаций материалов земной коры. Известно из физической акустики, что дислокационные процессы в поликристаллах и других неоднородных средах, реализующие пластическую деформацию, генерируют сигналы АЭ с частотами до 15 кГц. Для металлов, в частности, интенсивность АЭ при пластическом деформировании значительно меньше, чем при трещинообразовании. Для природных сред (консолидированных осадочных пород, обладающих акустоэмиссионными свойствами) особенности генерации АЭ/ГАЭ остаются малоизученными. Необходимость развития методов регистрации, обработки и интерпретации данных ГАЭ в диапазоне частот от сотен герц до первых кГц стала очевидной в девяностых годах, когда были обнаружены аномалии этих сигналов перед сильными землетрясениями. ОСНОВНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Предложен новый подход к регистрации, обработке и анализу сигналов геоакустической эмиссии в звуковом диапазоне частот. В этом подходе источником данных фактически является двухфазная геосистема (осадочный массив с водоемом) - своего рода большой и чувствительный детектор изменений деформаций геосреды на больших масштабах. Для выделения высокочастотной составляющей упругого поля, собственно сигналов от быстрых подвижек, используются гидрофоны. В потоке высокочастотных сигналов ГАЭ выделены различия в асейсмичные периоды и в периоды, предшествующие сильным землетрясениям. Адекватность нового подхода обоснована материалами многолетнего мониторинга ГАЭ и сравнением с прецезионными измерениями деформаций лазерным деформометром. Вариации напряженности вертикального электрического поля у дневной поверхности во время заключительной стадии подготовки ЗЛТ также увязаны с изменением режима ГАЭ и деформаций поверхности. Исследования проведены на двух измерительных пунктах на Камчатке. Выполнению работы способствовало наличие в ИКИР ДВО РАН материально-технической базы для наблюдений геофизических полей, функционирование современной сейсмической сети (поддерживаемой Камчатским филиалом ГС РАН), а также доступность банков данных по геофизическим и сейсмологическим наблюдениям. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Цель работы в диссертации определена как “выявление и исследование закономерностей высокочастотного акустоэмиссионного эффекта, возникающего при деформировании приповерхностных осадочных пород в сейсмически спокойные периоды и при подготовке землетрясений”. С предложенной формулировкой цели можно согласиться, так как, несмотря 2 на полученные обнадеживающие результаты, было бы преждевременным выдвигать в качестве цели, что - то в стиле “разработка и обоснование нового подхода к краткосрочному вероятностному прогнозу землетрясения на основе вариаций ГАЭ”. Но при выбранной формулировке цели было бы крайне полезно привести компактное описание, в чем заключается выявленный эффект, своего рода “формулу открытия”. Ведь этот эффект, как и большинство геофизических обобщений, проявляется статистически. Разумеется, все аспекты обнаруженного эффекта заслуживают внимания. Но главное состоит в том, какие закономерности ВЧ акустоэмиссионного эффекта позволяют использовать метод ГАЭ для оценок сейсмической опасности (а возможно также для оценок поврежденности ответственных гидросооружений: высотных плотин, опор мостов, портовых объектов). В диссертации эта составляющая перенесена в некоторые пункты научной новизны и практическую значимость. Задачи исследования указывают на последовательность выполнения научноисследовательских работ, их последовательность соответствует шести главам диссертации. СТРУКТУРА РАБОТЫ. НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТОВ. В диссертации поставлен и решен ряд задач, каждая из которых имеет научное и практическое значение. Среди результатов, излагаемых по ходу работы, можно выделить следующие наиболее существенные. В первой главе проведен аналитический обзор механизмов генерации и методов регистрации акустической эмиссии, в котором явление АЭ/ГАЭ представлено как многомасштабное, имеющее дислокационную природу. Рассмотрены физические аспекты упругого излучения отдельных дислокаций, их скоплений и процесса формирования разрывов (трещин). Последний, происходящий с высокими скоростями (скачок смещения), определяется медленными движениями дислокаций при зарождении трещины и пластической деформации в вершинах во время их роста. Отмечено, что определяющие соотношения, полученные для дислокационных механизмов, отражающихся в АЭ, на микроуровне, применимы на всех масштабных уровнях. В качестве примеров приводятся исследования в инфразвуковом (от долей до десятков Гц), ультразвуковом (МГц) и звуковом диапазонах. Уделено внимание аппаратурному обеспечению измерений, которое детализировано для звукового диапазона – темы исследований. Приведены данные наблюдений аномалий в высокочастотном шуме АЭ перед сильными землетрясениями, в частности для Спитакского ЗЛТ, М=7.1, произошедшего 1988 г. Уточняется, что это стало возможным лишь в конце 80-х годов, когда начали использовать датчики и регистрирующую аппаратуру с частотным диапазоном до 1 кГц. В главе I также представлено современное состояние теории распространения упругих волн в твердых средах, приведены соотношения для скоростей волн в случае изотропных и пористо-упругих, насыщенных флюидом сред. Подводя итоги обзора, автор обозначает главный вывод – акустическая эмиссия возникает в результате пластических деформаций твердых сред и наблюдается в широком диапазоне дислокационных масштабов от межатомных расстояний до размеров сейсмических источников. Отмечено, что исследований закономерностей и особенностей АЭ при пластическом деформировании неметаллических сред явно недостаточно, особенно в диапазоне от сотен Гц до первых десятков кГц. В завершение главы 1 приведены теоретические модели, которые предложено использовать для интерпретации АЭ в диапазоне до 10 кГц. В упрощенной модели Ф. Гассмана считается, что каркас упругой среды и поровый флюид движутся вместе, без проскальзывания. 3 Для упрощения интерпретации также внесено предложение, что при регистрации ГАЭ в природных и искусственных водоемах (источник сигналов находится в твердой среде, а приемник - в жидкой), можно ограничиваться только продольными волнами. Важно отметить неочевидность и нетривиальность этого аспекта. В тексте работы упомянуто, что этот вывод следует из сильного затухания поверхностных волн на границе между жидкостью и придонными породами, но оценки длины затухания отсутствуют. В недавних работах других авторов обращено внимание на многообразие интерфейсных волн, таким образом, этот аспект выходит за рамки работы. Для целей диссертации важна лишь однородность измерений ГАЭ (один и тот же метод регистрации в сейсмичный и асейсмичный периоды). Вторая глава посвящена новому подходу к регистрации и анализу сигналов ГАЭ в звуковом диапазоне частот, что, по сути, является столпом для большинства результатов работы. Отмечается, что до последнего времени звуковой диапазон свыше 1 кГц считался малоэффективным по причине сильного затухания в неоднородных по структуре породах. Современные решения в аппаратурном и программном обеспечении, позволили соискателю разработать оригинальный подход, который был реализован при регистрации ГАЭ с Камчатских станций наблюдений. Разработанный аппаратно-программный комплекс обеспечил регистрацию и анализ ГАЭ в широком диапазоне частот: от единиц герц до первых десятков килогерц. Освещены и такие аспекты как хранение данных, анализ в разных частотных диапазонах, точная синхронизация времени, учет метеорологических величин и удаленный контроль над оборудованием с организацией канала компьютерной радиосвязи через ретранслятор. В качестве датчиков ГАЭ были использованы пьезокерамические гидрофоны, установленные у дна природных и искусственных водоемов. Подробно описан акустический эксперимент: аппаратурное оснащение, организация пунктов наблюдений, измеряемые поля. Обсуждается разработка новых методов исследования пространственной структуры геоакустической эмиссии. Показано, что для оценок направления прихода волны, вполне подходят протяженные системы приемников акустического давления (антенные решетки). Задача определения направления прихода волны решалась с применением векторно-фазовых методов. В этой связи для определения направления прихода волны автором был использован комбинированный приемник (КП). Этот датчик позволяет одновременно измерять давление P(t) и три взаимно ортогональных компоненты градиента давления xP(t), yP(t), zP(t), являющихся проекциями вектора градиента давления на соответствующие координатные оси. При обработке этих четырех сигналов находятся векторы колебательной скорости, смещения и плотности мощности акустического излучения. Неоднозначность направления устраняется применением канала давления. Для обнаружения, определения направления на источник излучения и анализа потока геоакустических импульсов разработан метод автоматизации и необходимый для этого аппаратно-программный комплекс. В методе рассматривается форма огибающей сигнала, и определяется его вступление. По максимальным значениям огибающей находится амплитуда, далее выделяются импульсы, определяется их направленность. В разделе “Частотно-временной анализ сигналов геоакустической эмиссии с применением разреженной аппроксимации” обсуждается применение метода разреженной аппроксимации в избыточных словарях функций для частотно-временного анализа ГАЭ и их техническая реализация в аппаратно-программных комплексах. Итогом второй главе стали следующие реперные положения, характеризующие новый подход автора к регистрации и анализу сигналов ГАЭ. ­ в качестве датчиков ГАЭ служат пьезокерамические гидрофоны, установленные у дна 4 искусственных и природных водоемов; ­ для обнаружения и локализации областей генерации геоакустических сигналов используется комбинированный приемник, реализующего векторно-фазовый метод определения направления прихода звуковой волны; ­ для частотно-временного анализа геоакустической эмиссии применяется метод разреженной аппроксимации со словарями, созданными на базе функций Габора и Берлаге, адекватно описывающими импульсные сигналы ГАЭ. В третьей главе представлены результаты исследований ГАЭ на Камчатке. Рассмотрены спектральные характеристики сигналов, обусловленных деформационными изменениями пород в пункте наблюдений; метеоусловиями, техногенным воздействием и землетрясениями. Показано, что акустические сигналы деформационной природы можно разделить на импульсы в фоновый период и при активизации деформирования пород. Автор предполагает, что активизация может быть связана с ослаблением пород в точке наблюдений или с возникновением удаленного источника напряжений, связанного с подготовкой землетрясения. Можно отметить, что это предположение во многом является отправной точкой для исследований, которым посвящена пятая глава диссертации. Анализ сигналов ГАЭ показывает, что они представлены последовательностью импульсов релаксационных колебаний с ударным возбуждением и частотным заполнением. При этом наблюдаются как отдельные импульсы, так и их группы с сильным перекрытием, а в случае интенсивной эмиссии импульсы сливаются в непрерывный сигнал. С методической точки зрения важен результат анализа более 10 миллионов импульсов с построением их распределения по амплитудам. Отмечено, что распределение аналогично закону Гуттенберга-Рихтера повторяемости землетрясений в зависимости от их энергии. В разделе «Направленность высокочастотной геоакустической эмиссии» рассмотрены свойства ГАЭ в фоновые периоды и при активизации деформаций. Оценка положения главной оси сжатия и выделение направления на источник деформационных возмущений осуществляется с помощью селекции колебаний по поляризации и анализа направленности излучения. Уровень напряжения определяется по интенсивности эмиссии. Уточняется, что это возможно, если источник локализован, а диаграмма направленности излучения имеет ярко выраженную анизотропию. Приводятся диаграммы направленности для фоновых периодов и активизации деформационного процесса. Полагается, что активизация деформирования пород при возникновении удаленного источника напряжений, например, связанного с подготовкой землетрясения, приведет к появлению в области регистрации достаточно большого числа одинаково ориентированных сдвиговых источников под действием общих сил (в фоновые периоды ориентация сдвиговых источников в месте регистрации будет близка к произвольной). В таких условиях в точке приема преимущественно будут регистрироваться сигналы с направлений, совпадающих или перпендикулярных оси наибольшего сжатия. Таким образом, в диаграмме акустической активности должны наблюдаться максимумы, анализ которых позволит оценивать ориентацию оси наибольшего сжатия и выделять направление на источник деформационных возмущений. Также рассматривается поведение суточной вариации эмиссии. Установлено, что суточная вариация обусловлена повышением уровня шумов в диапазоне частот от 400 Гц до 5 – 6 кГц, ее период составляет 24 часа, а амплитуда существенно увеличивается в летние месяцы, когда устанавливается среднесуточная температура воздуха не ниже +10°С, и достаточно резко пропадает в сентябре, при снижении температуры после продолжительных холодных осенних дождей. При этом наблюдается связь именно с температурой воздуха, так как в целом 5 активность ГАЭ, максимум которой приходится как раз на осенние месяцы, после снижения амплитуды суточной составляющей остается достаточно высокой. В результате корреляционного анализа между рядами ГАЭ в диапазоне 2 – 6.5 кГц и температуры воздуха была выявлена взаимосвязь, коэффициенты корреляции варьировались от 0.85 до 0.97 при уровне значимости 0.05. Автор указывает наиболее вероятную причину связи – влияние суточной разницы температур на деформирование приповерхностных осадочных пород, в которых генерируются эмиссионные сигналы. Это было подтверждено во время эксперимента с использованием инклинометра (наклонометра) Leica Nivel 220, в котором анализировался наклон земной поверхности вдоль оси Север-Юг, перпендикулярной направлению на акустическую систему. В главе 4, названной “Связь между геоакустической эмиссией и деформациями приповерхностных пород”, освещены наиболее важные результаты работы. Во время активизации деформирования приповерхностных осадочных пород на Камчатке отмечено увеличение как амплитуды эмиссионных импульсов, так и частоты их следования. В спектре сигнала наблюдается подъем в области частот от сотен герц до первых десятков килогерц, а в диаграмме направленности акустического излучения регистрируются ярко выраженные максимумы. Наиболее сильно такие эффекты наблюдаются на заключительной стадии подготовки землетрясений. В начале главы представлено подробное описание аппаратнопрограммных комплексов для одновременной регистрации геоакустической эмиссии и деформаций пород и методика наблюдений на станции «Карымшина». Детальность изложения позволяет однозначно оценить качество проведенного эксперимента и достоверность данных. Результаты совместных исследований ГАЭ и деформаций показали, что высокочастотные аномалии эмиссии наблюдаются как при растяжении, так и при сжатии приповерхностных пород с относительной деформацией за сутки 10-7, а в ряде случаев и 10-6, при значительном увеличении скорости деформации. Акустические возмущения возникают во время многочисленных подвижек (при сравнительно большой амплитуде они составляют не больше 10-8) приповерхностных пород различной амплитуды. Отмечено, что наиболее ярко влияние деформаций на поведение геоакустической эмиссии проявляется на заключительной стадии подготовки землетрясений. Основным выводом по данной главе автор считает доказанную связь между аномалиями ГАЭ и активизацией деформационных процессов в области наблюдений, в том числе и на заключительной стадии подготовки землетрясений. Глава 5 посвящена использованию ГАЭ для краткосрочного прогноза землетрясений. Прогноз с использованием данных ГАЭ, как и любого предвестника, основывается на аномальном поведении параметра. Приведен обзор моделей процесса подготовки землетрясений, которые, в принципе, имеют похожие этапы. Первый из них обусловлен накоплением упругой потенциальной энергии в гипоцентральной области. Следующий этап характеризуется пластическими подвижками, образованием микротрещин, форшоками, длится от нескольких часов до нескольких суток, и заканчивается образованием магистрального разрыва, т.е. очага землетрясения. Именно на этом этапе в различных физических полях, в том числе акустическом, на достаточно больших расстояниях от готовящегося землетрясения наблюдаются краткосрочные предвестники. Для выделения различных уровней напряжений предложено воспользоваться критерием максимальных касательных напряжений, что позволяет оконтурить зоны с различными уровнями напряжений и найти направления максимальных касательных напряжений. Они ориентированы под углом 45° к оси наибольшего сжатия. По 6 этим направлениям формируется скол, и они определяют ориентации диаграмм направленности продольных и поперечных акустических колебаний. В результате компьютерного моделирования показано, что вокруг очага готовящегося землетрясения на расстояниях до сотен километров образуются области повышенных напряжений с относительными деформациями, превышающих уровень приливных. При таких деформациях возникают аномалии ГАЭ в диапазоне от сотен герц до первых десятков кГц, что подтверждено результатами натурных экспериментов, представленных в предыдущей главе. Все это объясняет появление предсейсмических вариаций ГАЭ на большом удалении от эпицентра готовящегося землетрясения. Статистика зарегистрированных аномалий ГАЭ перед землетрясениями Южной Камчатки свидетельствует, что в течение нескольких суток перед сильными ЗЛТ при хорошей погоде на расстоянии сотни километров от эпицентра возникают аномалии ГАЭ в виде резкого и продолжительного повышения интенсивности акустических шумов в килогерцовом диапазоне частот. В диссертации рассматриваются различные формы и особенности фиксируемых аномалий ГАЭ, все они систематизированы в каталог. Результаты обработки аномалий, зарегистрированных на станции «Микижа» за период 2002 – 2007 гг в условиях хорошей погоды (отсутствие дождя, ветра со скоростью более 5 м/с), сопоставлялись с оперативными данными по землетрясениям Камчатского филиала ГС РАН. Хорошее соответствие (83.3 %) получено для ЗЛТ с энергетическим классом K > 12.0 на эпицентральном расстоянии до 400 км, при этом величины задержек достигали 2.5 суток. Отмечено, что остальные аномалии также являлись откликами на изменение напряженно-деформированного состояния приповерхностных пород, но после них не наблюдались достаточно сильные сейсмические события. Одним из основных выводов по главе 5 можно считать выявление вокруг очага готовящегося ЗЛТ на расстояниях до сотен километров области повышенных напряжений с относительными деформациями, превышающих по своему уровню приливные. Экспериментально показано, что при таком уровне деформаций возникают аномалии ГАЭ в диапазоне от сотен Гц до первых десятков кГц. Это свидетельствует о перспективности метода краткосрочного прогноза ЗЛТ по данным высокочастотной ГАЭ. В главе 6, заключительной главе, изучена связь между ВЧ геоакустической эмиссией и атмосферным электрическим полем. В начале обращено внимание на примеры аномалийпредвестников в атмосферном электрическом поле у поверхности Земли. В связи с этим отмечена актуальность совместных измерений ГАЭ и атмосферного электрического поля у поверхности земли на станции «Микижа» (они были проведены в августе-октябре 2005 г.). Методические вопросы и аппаратурно-программная часть описаны достаточно подробно. Измеряемыми в эксперименте величинами были накопленное за 4 секунды в семи частотных диапазонах акустическое давление PS и вертикальный градиент электрического потенциала V ' на высоте 7 см от поверхности земли. В результате эксперимента впервые была обнаружена связь между аномальными возмущениями эмиссии в килогерцовом диапазоне частот и электрического поля. Далее, в 2006 году была усовершенствована техника эксперимента по регистрации вертикального электрического поля. Вновь были выявлены случаи одновременных возмущений высокочастотной геоакустической эмиссии и атмосферного электрического поля у поверхности земли. Данные возмущения наблюдались в условиях спокойной погоды как в сейсмически спокойные периоды, так и на заключительной стадии подготовки землетрясений. Анализ связи между рядами ГАЭ и атмосферного электрического поля проводился методом корреляционного анализа Спирмена. При анализе результатов двух летне-осенних экспериментов обнаружена высокозначимая отрицательная корреляция между возмущениями 7 высокочастотной ГАЭ и электрического поля в атмосфере. Автор предлагает механизм выявленной связи (активизация деформации растяжения приповерхностных осадочных пород) и экспериментально его подтверждает. В четвертой главе доказано, что такие процессы сопровождаются генерацией сигналов ГАЭ повышенной интенсивности. Наряду с этим должно происходить более интенсивное выделение радиоактивных газов (радона и торона) в результате раскрытия пор и расширения трещин, увеличении их концентрации в поверхностном слое грунта. В результате в воздухе при спокойной погоде возникнет слой отрицательного объемного заряда, появление и последующий распад которого приводят к бухтообразному изменению напряженности атмосферного электрического поля у поверхности земли. Для верификации такого механизма в 2009, 2012 гг. на станции «Карымшина» были проведены натурные эксперименты, которые с высокой степенью достоверности подтвердили его реальность. Имеет принципиальное значение, что на рассматриваемых эпицентральных расстояниях в сотни километров другие механизмы механоэлектрических взаимосвязей (сейсмоэлектрический эффект 2-го рода, пьезоэлектрические, электрокинетические явления) не могут дать вклад в изменение приповерхностного электрического поля, сравнимый с выделением радона и торона. НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ Среди вышеописанных результатов, положений и выводов выделяются следующие достижения, имеющие несомненную значимость для науки и потенциал для практического использования. 1. Обнаружение акустоэмиссионного эффекта в осадочных породах, заключающегося в росте интенсивности ГАЭ в частотном диапазоне от сотен герц до первых десятков килогерц при увеличении скорости деформации породных массивов. Эффект устойчиво наблюдается на протяжении более чем десятилетнего натурного эксперимента на нескольких пространственно разнесенных станциях на Камчатке и проявляется наиболее контрастно на заключительной стадии подготовки землетрясений. 2. Ярко выраженная анизотропия направленности геоакустического излучения, возникающая при высокочастотном акустоэмиссионном эффекте, которая обусловлена ориентацией источников акустических колебаний в поле напряжений приповерхностных осадочных пород. 3. Метод оценки ориентации оси наибольшего сжатия, основанный на анализе положения максимумов в азимутальном распределении потока геоакустических импульсов, который применим в сильно неоднородных средах и при интенсивном потоке сигналов ГАЭ. 4. Обоснование, что аномалии геоакустической эмиссии в частотном диапазоне от сотен герц до первых десятков килогерц и атмосферного электрического поля у поверхности земли представляют собой синхронизированную реакцию на увеличение скорости деформации при растяжении приповерхностных осадочных пород в сейсмоактивном регионе. 5. Новый метод частотно-временного анализа сигналов геоакустической эмиссии, позволяющий классифицировать импульсные сигналы ГАЭ по видам и структуре их источников. Сформулированные в диссертации защищаемые положения и признаки научной новизны охватывают итоговые пп. 1-5 и передают их смысл с дополнительными деталями (местами существенными, а местами, на мой взгляд, и необязательными). Основные результаты диссертации, 8 защищаемые положения, так же как и перечисленные достижения соискателя опубликованы с достаточной полнотой в рецензируемых научных журналах. Важно подчеркнуть, что в случае подтверждения результатов из п. 1, 4, установленных на примере Камчатки, для других сейсмоактивных регионов, они могут считаться новыми законами природы, или геофизическими открытиями. В этом случае будет уместно рекомендовать данные результаты для внесения в учебнометодические комплексы для подготовки аспирантов по специальности 25.00.10 – геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых. Областью практического использования результатов диссертации могут быть, прежде всего, разработки систем оценки сейсмической опасности для уменьшения последствий природных и техногенных катастроф, а также систем акустического контроля природных сред: массивов вокруг шахт, геосистем с твердой и жидкой фазами и др. Алгоритмы, реализующие метод разреженной аппроксимации импульсных сигналов АЭ/ГАЭ, могут быть адаптированы для других диапазонов частот и других задач (инфразвукового для сейсмологии и субмегагерцового для технических приложений АЭ). ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ. ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. Достоверность результатов натурных экспериментов определяется тщательной подготовкой измерительных средств, проведением калибровок и, главное, проверкой воспроизводимости и устойчивости результатов при небольших изменениях условий эксперимента (использование различных датчиков и др.). Достоверность обработки и интерпретации материалов экспериментов обеспечивается статистически представительным объемом данных. Достоверность выводов по работе в целом подтверждается согласованностью результатов экспериментальных и теоретических исследований, соответствием с результатами с результатами других работ по смежной тематике. Личный вклад автора, являющегося одним из основоположников разработок экспериментальных комплексов для геоакустического мониторинга деформаций осадочных массивов с применением метода высокочастотных ГАЭ для проблемы краткосрочного прогноза ЗЛТ состоит в постановке задач, разработке методики исследования, непосредственном выполнении экспериментальных и теоретических работ (включая компьютерное моделирование), и формулировке основных результатов и выводов диссертации. ЗАМЕЧАНИЯ ПО РАБОТЕ 1. Известен классический результат физической акустики: равномерно движущиеся дислокации не излучают звуковые волны (по крайней мере, в дипольном приближении), подобно тому, что при равномерном движении электрических зарядов не происходит излучения электромагнитных волн. Для обоснования подхода к АЭ/ГАЭ c позиций пластических деформаций в обзоре главе 1 требовалось обосновать, что в осадочных породах пластические деформации реализуются за счет скачкообразного, а не равномерного движения дислокаций. Проскальзывание по границам зерен является наиболее известным макроскопическим проявлением такого механизма пластической деформации. В работе приведены ссылки на эффект Эренфеста - Иоффе, т.е. излучения из-за скачкообразности на микро- и мезоуровнях при выходе дислокации на свободную поверхность. Тем не менее, для убедительности обзора следовало уделить большее внимание аспекту “скачков”, т.е. перемещений дислокаций с 9 ускорением, при которых возникает дислокационный момент и генерируется дипольное излучение. 2. В главе 5 предвестниковые аномалии ГАЭ связываются с повышенным уровнем напряжений, но не объяснено, как это согласуется с выводами главы 4, в которой высокочастотный акустоэмиссионный эффект характеризуется как прирост интенсивности ГАЭ при изменениях деформации. Этот эффект по своей сути аналогичен результатам экспериментов на образцах неоднородных геоматериалов, для которых именно скорость деформации определяет интенсивность потока сигналов АЭ. Для объяснения взаимосвязи выводов по главам 4 и 5 достаточно было просто сослаться на поведение осадочных пород как упруго-пластической среды (тело Максвелла, Бингама и т.п.). Для таких сред имеется взаимосвязь скорости деформации с величиной главного напряжения. Возможно, автор не захотел обсуждать подобные гипотезы, чтобы не выходить за пределы своих публикаций. 3. При описании статистики ложных тревог и оправдавшихся “прогнозов” не оговорено, насколько меняется результат для других выборок сейсмических событий. Можно предположить, что при учете землетрясений, произошедших при неблагоприятных для наблюдений ГАЭ погодных условиях, процент успеха уменьшается. Но в какой степени? Это также характеризует состояние проблемы. Также целесообразно проанализировать динамику показателей успешных прогнозов и ложных тревог по мере накопления данных. Если при сравнении нескольких временных этапов выявлен рост процент успеха с увеличением общего числа событий - метод перспективен, если такой рост останавливается - метод достиг предела, а если начал уменьшаться - значит новый метод на основе ГАЭ оказался сходным с многочисленными предыдущими подходами. 4. В главе 6 упомянуто, что станция «Карымшина» находится в зоне разноранговых разломов, но не приведены данные о расстоянии между ближайшим разломом и датчиком электрического поля (флюксметром), а также расстояния до регистратора объемной активности эманаций радона и торона (радиометра). Эта информация существенна для понимания изложенных результатов. Но приведенные замечания не снижают ценности проведенного междисциплинарного научного исследования, которое методически выверено и имеет характер завершенной работы. ВЫВОДЫ. Диссертационная работа Марапульца Ю.В. является законченным исследованием по актуальной тематике, обладающим несомненной научной и практической значимостью. Все основные результаты научно-квалификационной работы получены ее автором лично. Работа выполнена на уровне достижений мировой науки, т.е. на самом высоком научном уровне. На основании проведенных соискателем экспериментальных и теоретических исследований в диссертации разработаны положения, совокупность которых можно квалифицировать как крупное научное достижение в области геофизики. Ряд результатов является по сути научным прорывом на стыке геоакустики, геомеханики и геоэлектрики, который создает возможность для принципиально нового подхода к проблеме краткосрочного прогноза землетрясений. Научные результаты представлены в 18 статьях в российских и зарубежных рецензируемых журналах и 2 монографиях. Автореферат диссертации достаточно полно раскрывает ее содержание 10 11
