ИСТИНА

Целью исследований являются: - Разработка концепции анализа «больших данных» в геофизике, основанной на применении мер синхронизации случайных флуктуаций геофизических полей. Будут расширены исследования случайных флуктуаций микросейсм в более низкочастотную область фоновых вариаций геофизических полей, таких как смещения земной поверхности по спутниковым наблюдениям, вариации уровня и химического состава подземных вод в глубоких скважинах. Эти сигналы являются важными источниками информации о подготовке геокатастроф. Кроме того, важной составляющей частью проекта будет комплексный анализ отечественных данных, полученных на ряде полигонов (Владимирском, в п. Мосрентген, на Камчатке) с целью создания научного и методического обоснования для разработки принципиально новой технологии совместного анализа большого объема многомерных сигналов от систем мониторинга при оценке сейсмической опасности и прогнозе опасных геодинамических явлений. - Будут разрабатываться новые методы совместной интерпретации наземных и спутниковых данных при изучении активных геодинамических процессов, включая землетрясения, вулканическую активность, оползни и техногенные оседания над шахтами, тоннелями и т.д. В качестве натурных данных будут использованы данные о смещениях земной поверхности, получаемые с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и спутниковых радаров с синтезированной апертурой (РСА интерферометрия), а также данные спутников Грейс о временных вариациях гравитационного поля. Главный методический подход здесь состоит в совместной интерпретации всех имеющихся геологических и геофизических данных на основе математических моделей изучаемых природных и техногенных процессов. Этот подход является весьма эффективным, поскольку решение обратных задач сводится к определению конечного набора параметров, описывающих физические свойства среды и исследуемого геодинамического процесса. Это позволяет решать проблемы единственности и устойчивости в обратных задачах. Во многих случаях точность решения обратной задачи определяется, в основном, степенью соответствия численной геодинамической модели реальному процессу. - Разработка принципов построения новых образцов аппаратурных средств для геофизических измерений и их экспериментальные исследования: - длиннобазисный гидростатический нивелир (ДГН) для проведения измерений на большой линейной базе, для сбора данных о глобальных характеристиках Земли (неравномерности ее вращения внутри суток; угловых горизонтальных колебаниях блоков литосферы; трансляционных движениях внутреннего ядра Земли; оценка параметров приливных движений земной коры). - одноосный цифровой сейсмоакселерометр, разработанный для измерений в широком диапазоне частот – от квазистатических до классических сейсмических, который позволит получать информацию не только о сейсмических процессах, но и о медленных процессах, связанных с изменением силы тяжести и наклонами земной коры. - горизонтальные крутильные весы для исследования сейсмического фона с целью определения направления на очаг готовящегося землетрясения за несколько суток-часов до его активизации.

The aim of the research is: - Development of the concept of "big data" analysis in geophysics, based on the use of synchronization measures for random fluctuations of geophysical fields. The study of random fluctuations of microseisms will be expanded to a lower frequency region of background variations in geophysical fields, such as displacements of the earth's surface according to satellite observations, variations in the level and chemical composition of groundwater in deep wells. These signals are important sources of information about the preparation of geocatastrophes. In addition, an important component of the project will be a comprehensive analysis of domestic data obtained at a number of test sites (Vladimirsky, in the village of Mosrentgen, in Kamchatka) in order to create a scientific and methodological justification for the development of a fundamentally new technology for the joint analysis of a large volume of multidimensional signals from monitoring systems in seismic hazard assessment and forecast of dangerous geodynamic phenomena. - New methods for joint interpretation of terrestrial and satellite data will be developed in the study of active geodynamic processes, including earthquakes, volcanic activity, landslides and man-made subsidence over mines, tunnels, etc. As field data, data on the displacements of the earth's surface obtained using global navigation satellite systems (GNSS) and satellite synthetic aperture radars (SAR interferometry), as well as data from the Grace satellites on temporal variations in the gravitational field will be used. The main methodological approach here is the joint interpretation of all available geological and geophysical data based on mathematical models of the studied natural and technogenic processes. This approach is very effective, since the solution of inverse problems is reduced to the determination of a finite set of parameters that describe the physical properties of the medium and the geodynamic process under study. This makes it possible to solve problems of uniqueness and stability in inverse problems. In many cases, the accuracy of solving the inverse problem is determined mainly by the degree of correspondence of the numerical geodynamic model to the real process. - Development of principles for constructing new models of hardware for geophysical measurements and their experimental studies: - long-baseline hydrostatic level (LHN) for carrying out measurements on a large linear base, for collecting data on the global characteristics of the Earth (irregularities of its rotation within a day; angular horizontal oscillations of lithosphere blocks; translational movements of the Earth's inner core; assessment of the parameters of tidal movements of the earth's crust). - a single-axis digital seismic accelerometer designed for measurements in a wide frequency range - from quasi-static to classical seismic, which will provide information not only about seismic processes, but also about slow processes associated with changes in gravity and tilts of the earth's crust. - horizontal torsion balances for studying the seismic background in order to determine the direction to the source of an impending earthquake several days or hours before its activation.

В результате реализации проекта будет усовершенствован программный аппарат для глубокой обработки больших данных современных систем геофизического мониторинга и идентифицированы скрытые связи между явлениями синхронизации случайных флуктуаций геофизических полей, неравномерностью вращения Земли, вариациями климата и подготовкой катастрофических явлений (сильных сейсмических событий и вулканических извержений) на глобальном и региональных уровнях (применительно к условиям России – для Камчатки). Будут разработаны и протестированы на реальных данных новые методы обработки и комплексной интерпретации спутниковых и наземных данных. Будут получены новые данные о геодинамических процессах, включая различные стадии сейсмического цикла, о подготовке вулканических извержений, а также данные мониторинга смещений земной поверхности в областях разработки месторождений и других техногенных процессов.

Программный комплекс алгоритмов для анализа многомерных временных рядов систем геофизического и экологического мониторинга. Важной составной частью используемых алгоритмов является предварительный анализ разномасштабных временных рядов с целью выделения безразмерных и не зависящих от конкретной физической природы измеряемого сигнала признаков поведения временного ряда в последовательных непересекающихся временных интервалах малой длины. Одной из наиболее перспективных методик в этом направление является использование фрактальных и мульти-фрактальных свойств шумовой компоненты измеряемых величин.

Разработка и апробация новых программных средств для оценки временной и пространственной изменчивости свойств коррелированности и частотно-зависимой когерентности (синхронизации) случайных флуктуаций геофизических полей на глобальном и региональном уровнях. Совместный анализ низкочастотных сейсмических шумов, тремора земной поверхности и ионосферных возмущений электромагнитного поля Земли для оценки текущей сейсмической опасности в различных регионах планеты. Построение карт корреляций геофизических полей в скользящих временных окнах для изучения динамики собственных шумов Земли. 1.2. Продолжение непрерывных измерений на ДГН в штольне ТРИНИТИ и анализ результатов. Определение параметров неравномерности вращения Земли и выявление их корреляционных связей с вариациями уровня глобальной сейсмичности. Совместный анализ показаний высокодобротных крутильных маятников в Мосрентгене и в Новосибирске с целью определения статистически значимых аномалий спектрального состава и их связей с уровнем глобальной сейсмичности. Изучение геодинамических процессов в поверхностной оболочке Земли путем интерпретации наземных и спутниковых данных и численного моделирования На основе результатов практического применения новых методов обработки и комплексной интерпретации наземных и спутниковых данных, получат дальнейшее развитие уже разработанные, и будут созданы новые методы комплексной интерпретации данных спутниковой геодезии, спутниковой гравиметрии и наземных геофизических методов в рамках геодинамических моделей. В частности будут развиваться методы интерпретации данных радарной спутниковой интерферометрии о смещениях земной поверхности, полученные по технологии устойчивых отражателей для природных объектов со слабым отражением радарного сигнала, методы анализа серий гравитационных моделей спутников GRACE-FO. Применение новых методов комплексной интерпретации наземных и спутниковых данных для исследования динамики развития активных геодинамических процессов. Будут продолжены работы по изучению субдукционных и внутриплитных землетрясений, мониторинг оползневой активности в районах Большого Кавказа и районов вулканической активности на Камчатке. Будет выполняться анализ и интерпретация новых моделей гравитационного поля по данным спутников GRACE-FO, анализироваться временные вариации поля в районах тектонической активности, включая землетрясения и активные вулканы. Созданные на предыдущих этапах алгоритмы и программное обеспечение, основанные на современных аппроксимационных методах, будут применены для обработки и интерпретации геологических и гравиметрических данных. В том числе, будет продолжено создание геолого-гравиметрических моделей разломно-блоковых структур Чеченской республики, геолого-геофизических моделей нефтегазоносных структур.