Отчет по проекту

Завершен этап №3 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 28 ноября 2014 г. №14.607.21.0105 (доп. соглашение № 1 от 30 июня 2015 г.) с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 1 июля 2015 г. по 31 декабря 2015 г. выполнялись следующие работы:

Программная реализация модуля ЭО ПК для краткосрочного прогноза времени возникновения сильных землетрясений, наиболее вероятных параметров сильных движений и косейсмических деформаций.

Программная реализация ЭО ПК комплексной автоматизированной системы мониторинга естественной и техногенной сейсмичности в целом (сборка, первичное тестирование, отладка).

Разработка технической документации в соответствии с требованиями ТЗ.

Разработка программы и методик экспериментальных исследований.

Экспедиционные работы.

Разработка методических рекомендаций по работе с интерфейсом комплексной системы для операторов и аналитиков.

Маркетинговые исследования.

Обработка зарегистрированной сейсмической информации.

Были получены следующие результаты:

Выполнена программная реализация модуля ЭО ПК для краткосрочного прогноза времени возникновения сильных землетрясений, наиболее вероятных параметров сильных движений и косейсмических деформаций. Для реализации краткосрочного и среднесрочного прогнозов был использован метод откликов на периодические вариации упругого поля. В расчетах заложены принципы определения близости очага землетрясения к околокритическому состоянию. Эти принципы опираются на общеизвестные критерии механики разрушения, что делает данный подход научно обоснованным. Работа модуля прогноза во многом зависит от пространственных характеристик области подготовки очага землетрясения. Возможность использования для работы модуля прогноза результатов других компонентов ЭО ПК (моделирования напряженно-деформированного состояния) устраняет произвольность в подходе и придает детерминированность зоне подготовки очага. Идея применения метода прогноза сейсмической опасности в комплексе с оценкой изменений в напряженно-деформированном состоянии исследуемого объекта хоть и кажется очевидной, но реализована впервые, что и характеризует научную новизну реализованного модуля. С учетом технических требований к ЭО ПК осуществлена программная апробация и адаптация модуля ЭО ПК для моделирования косейсмических деформаций и смещений земной поверхности, вызванных движением грунта в результате подвижки по разлому. В основе алгоритма лежат аналитические выражения, полученные Y. Okada для изотропного упругого полупространства. Для оперативного определения косейсмических смещений земной поверхности в результате землетрясений с магнитудой М > 5.0 предложено использование результатов определения тензора сейсмического момента очага землетрясения и статических данных о соотношениях между магнитудой землетрясения, длиной, шириной и величиной средней подвижки по разлому. Программный модуль реализован в продукте Coulomb 3.1 на языке программирования MATLAB. Результаты расчетов могут быть представлены как в текстовом, так и в графическом формате. Выполнено обоснование выбора модели затухания сильных движений грунта с расстоянием, зависящей от ряда параметров, применительно к Сахалину. На основе обоснованных аналитических выражений с известными параметрами предложена схема автоматизированного расчета значений пиковых и спектральных ускорений, вызванных сильными землетрясениями.

Выполнена программная реализация отдельных модулей ЭО ПК, реализующих функции сбора и архивации данных, автоматической обработки данных, постобработки, моделирования сейсмического и геодеформационного процессов, краткосрочного прогноза времени возникновения сильных землетрясений, оценки косейсмических смещений и сейсмических эффектов. Выполнена первичная сборка, тестирование и отладка ЭО ПК комплексной автоматизированной системы мониторинга за естественной и техногенной сейсмичностью. Реализация ЭО ПК в целом построена на базе созданной уникальной архитектуры ЭО ПК, объединяющей подсистемы авто- и пост- обработки. Тестирование и отладка ЭО ПК были выполнены с использованием созданных за счет внебюджетных средств инструментальной сети сейсмологических наблюдений, программных решений, телекоммуникационных каналов связи и банка обработанной сейсмической информации. Полученные на текущем этапе результаты позволяют в оперативном режиме получать и с высокой точностью обрабатывать данные о сейсмичности в районе промышленного освоения месторождений нефти и газа. Впервые в отечественной сейсмологической практике удалось создать ЭО ПК, объединяющий в себе функции автоматизированной обработки и анализа зарегистрированных данных в комплексе с технологиями моделирования и прогноза сейсмичности и сейсмических эффектов. Полученные результаты соответствуют мировому уровню и характеризуются научной новизной. В рамках программной реализации ЭО ПК разработаны модули обнаружения сейсмических сигналов и построения шаблонных волновых форм, которые были адаптированы для коротких сегментов волновых форм, специально подготовленных в формате CSS3.0. При отладке и тестировании ЭО ПК было построено 292 шаблона, которые были неравномерно распределены по сейсмическим станциям Сахалина. Ключевую роль при построении шаблонов сыграли расстояние от станции до источников и уровень микросейсмического шума на станции. Программный модуль показал достаточно высокую эффективность и гибкость при выборе порога обнаружения и параметров фильтрации, которые обеспечивают максимальное отношение сигнал/шум. Для построения шаблонов мастер-событий из каталога землетрясений по временам вступлений региональных фаз обеспечено преобразование из исходного формата данных в формат CSS3.0. Кросскорреляция волновых форм показала, что записи землетрясений хорошо коррелированы, что обеспечивает высокую точность пространственной привязки очага землетрясения в неоптимальной системе наблюдений, то есть когда оно определено по одной-двум станциям.

Подготовлена техническая документация для модулей ЭО ПК в соответствии с требованиями ТЗ.

На основе сформулированных требований и требований ТЗ разработана Программа и методики экспериментальных исследований. Цель экспериментальных исследований – оценка разработанных программно-технических решений в области создания комплексной автоматизированной системы мониторинга естественной и техногенной сейсмичности в виде ЭО ПК на соответствие их характеристик требованиям, установленным Техническим заданием на выполнение ПНИЭР. В рамках экспериментальных исследований должен быть выполнен анализ (посредством ЭО ПК) параметров сейсмического и геодинамического режимов в районе промышленного освоения нефтегазовых месторождений на примере северо-восточного шельфа о. Сахалин.

Выполнена обработка данных сейсмологических наблюдений в рамках работ по Соглашению за счет привлечения внебюджетных средств в соответствии с современным уровнем наук о Земле, с использованием современных методик определения координат гипоцентра и магнитуды землетрясений. Полученные натурные данные о сейсмичности в районе нефтегазовых месторождений, за счёт установки новых пунктов наблюдений, а также их программно-аппаратного дооснащения, характеризуются высоким уровнем представительности каталога землетрясений. При этом уверенная локализация некоторой части слабых и микроземлетрясений в прибрежных районах острова, в которых ранее сейсмичность регистрировалась, но не локализовалась из-за дефицита данных, стала возможной за счёт размещения новых станций в рамках предусмотренных работ по Соглашению. Всего за отчетный период комплексной системой мониторинга локализовано 110 землетрясений с магнитудой более ML 0.0. В шельфовой зоне острова в районе нефтегазовых месторождений было локализовано одно микроземлетрясение с магнитудой ML 1.7, несколько слабых событий локализованы южнее района разработки месторождений.

Для повышения представительности каталога землетрясений выполнены работы по запуску в эксплуатацию сейсмических станций в пунктах "Ныш" и "Лунское" согласно утвержденному плану совместных работ ИМГиГ ДВО РАН и ООО "ГЕОФИЗТЕХ".

Разработаны методические рекомендации по работе операторов и аналитиков с web-интерфейсом комплексной системы сейсмического мониторинга, а также с отдельными модулями ЭО ПК.

Выполнены маркетинговые исследования, выявившие эффективность и широкое распространение услуг по сейсмическому мониторингу в мире, и рекомендующие сотрудничество с отечественными нефтегазовыми компаниями, реализующими комплексные проекты по добыче углеводородов в странах Азии, Африки, Латинской Америки. Условием формирования стабильного спроса на внутрироссийском рынке услуг будет являться законодательное обязательство по включению в лицензионные соглашения условий применения инновационных технологий сейсмического мониторинга на разрабатываемых уникальных и крупных морских месторождениях России, повышающих эффективность и безопасность нефтегазодобычи.

Задачи этапа № 3 План-графика исполнения обязательств решены в полном объеме. Результаты выполненных работ применимы для продолжения работ по теме ПНИЭР. Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.