ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 2011‑10‑28 14:30
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.03
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Коптев Александр Игоревич
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Гончаров М. А

6165 Официальные оппоненты
Костюченко С. Л
Родкин М. В

6255
дгмн

4662
дгмн
дфмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
181
Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников

161
5778 Таблиц
5760 Иллюстраций
1
115
Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
ауд. 415, геологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
Д 501.001.39 
2151 Полное наименование организации
Д 501.001.39 
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации
Институт Океанологии им.П.П.Ширшова РАН 
2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Напряженное состояние литосферы Земли по результатам моделирования 
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность работы. В качестве главных источников современного поля напряжений в литосфере Земли обычно рассматривают три типа сил: силы разности гравитационного потенциала,   
или обобщенные топографические силы (силы, вызванные рельефом и плотностными неоднородностями внутри литосферы), силы затягивания в зонах субдукции (силы, связанные с погружением   
океанической литосферной плиты), силы мантийных течений (силы, вызванные воздействием на литосферу течений вещества под ее основанием вследствие конвекции в мантии). На современном   
этапе исследований относительной роли этих сил в формировании напря‑жений наметилось некоторое противоречие между результатами регио‑нального и глобального моделирования.   
Результаты региональных ра‑бот в большинстве своем указывает на преобладающую роль сил разности гравитационного потенциала (Richardson, Reding, 1991; Coblentz, Sandiford,   
1994; Sandiford et al., 1995; Coblentz et al., 1995, 1998; Coblentz, Richardson, 1996; Reynolds et al., 2002), а глобальных  наоборот, на доминирование сил мантийных течений   
(Bird, 1998; Lithgow‑Bertelloni, Guynn, 2004). Для решения этого противоречия необходимо глобальное моделирование, в рамках которого с высокой степенью детальности и с учетом   
большого количества исходной информации произведена оценка сил гравитационных неоднородностей, а также выполнен расчет поля напряжений, возникающих вследствие действия этих   
сил. Помимо этого целесообразно провести и региональное моделирование, которое за счет своей большей детальности позволяет зафиксировать особенности моделируемых полей, не   
заметные при более грубом разрешении. Производительная мощность современной вычислительной техники позволяет в разумные сроки произвести соответствующие расчеты, а опубликованные   
данные  получить необходимую для этих расчетов входную информацию. Сравнение результатов расчетов с фактическими данными становится все более эффективным способом оценки   
качества моделей в связи с ростом количества замеров литосферных напряжений.   
  
Моделирование напряженного состояния литосферы Земли является крайне важной задачей, позволяющей приблизится к правильному пониманию относительной роли движущих сил тектоники   
плит.   
  
Цель работы: оценка роли сил разности гравитационного потенциала в формировании современного распределения напряжений в литосфере Земли с помощью численного моделирования.   
  
Степень соответствия полученного таким образом модельного поля напряжений данным "Мировой Карты Напряжений" (Heidbach et al., 2008) позволяет оценить величину вклада сил разности   
гравитационного потенциала в существующее в литосфере распределение напряжений. Если уровень совпадения рассчитанных и наблюдаемых данных низкий, то роль обобщенных топографических   
сил в образовании поля напряжений незначительная. Если же соответствие между модельным и фактическим распределениями удовлетворительное, то силы, вызванные плотностными неоднородностями   
в литосфере, можно считать доминирующими с точки зрения формирования современного напряженного состояния.   
  
Исходя из сказанного выше, достижение поставленной цели предпо‑лагает решение следующих основных задач:   
  
1. Разработка алгоритма для расчета распределения напряжений (трехмерного, двумерного на плоскости и двумерного на сферической поверхности) и его реализация в действующем   
программном коде;   
  
2. Построение трехмерной модели распределения температур и плотностей в литосфере Земли с использованием имеющихся данных по топографии, структуре земной коры, возрасте океанического   
дна, гравитационным аномалиям, температуре на поверхности Земли;   
  
3. Количественная оценка сил разности гравитационного потенциала (обобщенных топографических сил) на базе рассчитанной температурно‑плотностной модели литосферы;   
  
4. Расчет модельных полей напряжений в литосфере Земли при различных граничных условиях и параметрах среды и сопоставление полученных распределений с фактическими данными   
по напряженному состоянию в литосфере Земли (или с результатами визуальной и/или статистической обработки этих данных);   
  
5. Расчет региональных моделей распределений напряжений и порожденных этими напряжениями литосферных складок упругого изгиба.   
  
Фактический материал. В качестве исходных в настоящей работе были использованы следующие имеющиеся в свободном доступе данные:   
  
1. цифровая модель рельефа ETOPO5 (National Geophysical Data Center, 1988);   
  
2. структурно‑вещественный состав земной коры по данным гло‑бальной модели CRUST 2.0 (Bassin et al., 2000; Mooney et al., 1998) и модели для Европейского региона EuCRUST‑07   
(Tesauro et al., 2008);   
  
3. гравитационные аномалии (гравитационная модель EGM96 (Le‑moine et al., 1998));   
  
4. возраст океанического дна (Muller et al., 1997);   
  
5. распределение среднегодовых температур на поверхности Земли (Leemans et al., 1991; Lieth et al., 1972);   
  
6. положение и геотектонический тип границ литосферных плит (Bird, 2003);   
  
7. современное напряженное состояние литосферы по данным меж‑дународного исследовательского проекта "Мировая Карта Напряже‑ний" (World Stress Map, WSM) (Zoback et al., 1989;   
Zoback, Zoback, 1989; Zoback, Zoback, 1991; Zoback, 1992; Heidbach et al., 2004; Heidbach et al., 2007; Heidbach et al., 2008).   
  
Научная новизна работы:   
  
1. Для расчетов глобальных и региональных полей напряжений предложен оригинальный алгоритм количественной оценки распределения напряжений в трехмерном и двумерном (на плоскости   
и на сфере) пространстве, который основан на методе конечных объемов с использованием явной консервативной численной схемы в Лагранжевых координатах;   
  
2. При расчетах распределения температур в литосфере Земли была введена изостатическая поправка, позволяющая снизить степень влияния на итоговый результат таких факторов как   
нестационарность теплового режима, неточность знаний о величине поверхностного теплового потока, коэффициента теплопроводности и параметров, определяющих теплогенерацию пород;   
  
3. На основании рассчитанного распределения температур получена глобальная модель термальной мощности литосферы Земли (разница между абсолютной отметкой изотермы 1300oС и   
дневной поверхностью);   
  
4. Рассчитана глобальная модель распределения напряжений, возникающих в результате действия обобщенных топографических сил, вычисленных с использованием широкого спектра входных   
данных;   
  
5. На примере глобальной модели показана существенная роль сил разности гравитационного потенциала в формировании современного поля напряжений;   
  
6. Показана реальность модели упругого изгиба литосферы, возникающего вследствие действия тектонических напряжений, для объяснения быстрого плиоцен‑четвертичного погружения   
Восточно‑Черноморской и Южно‑Каспийской впадин.   
  
Практическое значение работы:   
  
1. Предложенная методология и технология моделирования полей напряжений может быть использована для изучения катастрофических событий, непосредственно связанных с напряженно‑деформированным   
состоянием литосферы, с учетом дополнительной информации о входных параметрах расчетов для конкретных сейсмоопасных территорий;   
  
2. Данные глобального и регионального моделирования поля напряжений могут быть использованы в качестве граничных условий при построении более детальных трехмерных моделей   
околоскважинного пространства, разрабатываемых месторождений углеводородов, горных выработок (карьеров, шахт) и пр.;   
  
3. Разработанные алгоритмы и методики представляют собой полезный вычислительный инструмент для построения моделей напряженного состояния.   
  
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ   
  
1. Разработан и реализован в программном коде "Earth Stresses" оригинальный алгоритм расчета поля напряжений, основанный на методе конечных объемов с использованием явной   
консервативной численной схемы в Лагранжевых координатах, в трехмерном и двумерном (на плоскости и на сфере) пространстве;   
  
2. Предложена методика и выполнен расчет термальной мощности литосферы Земли, в которой нашли свое отражение все главные тектонические структуры земной коры и литосферы;   
  
3. Поле напряжений, рассчитанное как результат действия сил разности гравитационного потенциала, в главных своих особенностях соответствует современному напряженному состоянию   
литосферы Земли;   
  
4. Быстрое плиоцен‑четвертичное погружение Восточно‑Черноморского и Южно‑Каспийского бассейна может быть объяснено в рамках модели упругого изгиба литосферы, возникающего   
в результате воздействия тектонических напряжений.   
  
Публикации и апробация работы. Основные положения и разделы диссертации опубликованы в 18 работах, в том числе в 3 статьях в реферируемых журналах. Результаты исследований   
докладывались на конференциях и совещаниях различного уровня: XLIII Международном Тектоническом совещании "Тектоника и геодинамика складчатых поясов и платформ фанерозоя"   
(Москва, 2010); международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина "Современное состояние наук о Земле" (Москва, 2011); Международной конференции студентов, аспирантов   
и молодых ученых "Ломоносов" (Москва, 2009; Москва, 2010; Москва, 2011); российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной "Году Планеты Земля" "Планета   
Земля: актуальные вопросы геологии глазами молодых ученых" (Москва, 2009); международной конференции, посвященной "Мировой Карте Напряжений" (Потсдам, Германия, 2008); Генеральной   
Ассамблее Европейского Союза Наук о Земле (Вена, Австрия, 2010); Ежегодной европейской конференции Американской Ассоциации Нефтяных Геологов (Киев, 2010).   
  
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Она имеет объем 181 страницу, включая 115 иллюстраций и 1 таблицу. Список использованной   
литературы включает 161 название.   
  
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность доценту кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидату геол.‑мин.   
наук Андрею Викторовичу Ершову за постоянные консультации и помощь на всех этапах выполнения данной работы; доценту кафедры динамической геологии геологического факультета   
МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидату физ.‑мат. наук Владимиру Сергеевичу Захарову за продуктивное сотрудничество при написании работы; главному научному сотруднику ИФЗ им. О.Ю.   
Шмидта РАН, доктору физ.‑мат. наук Шамилю Ахмедовичу Мухамедиеву за плодотворные дискуссии и замечания, высказанные при рецензировании статьи по теме работы; доценту кафедры   
региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, кандидату геол.‑мин. наук Максиму Валерьевичу Коротаеву за внимание и поддержку.   
  
Также хочется поблагодарить заведующего кафедрой динамической геологии, профессора, доктора геол.‑мин. наук Николая Владимировича Короновского и заведующего кафедрой региональной   
геологии и истории Земли, профессора, доктора геол.‑мин. наук Анатолия Михайловича Никишина за постоянное благожелательное внимание к работе.   
  
Выражаю признательность моему научному руководителю, заведующему лабораторией тектонофизики и геотектоники им. В.В. Белоусова кафедры динамической геологии, доктору геол.‑мин.   
наук Михаилу Адриановичу Гончарову за всестороннюю поддержку при подготовке работы.   
  
Особая благодарность моему первому наставнику Всеволоду Николаевичу Вадковскому, открывшему мне дорогу в мир науки.   
  
В заключение хочу выразить благодарность всем сотрудникам кафедры динамической геологии и кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ, которые   
всегда очень доброжелательно относились ко мне и моим исследованиям. 
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово