CC BY
524. Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. Новосибирск: Наука, 1992. 228 с.
25. Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. Введение в синергетику. М. Наука. 1990. 272с.
26. Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. Основы теории сложных систем. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований. 2007. 620 с.
27. Лоскутов А.Ю. Нелинейная динамика, теория динамического хаоса и синергетика: идеи и перспективы. 2007. Сб. Синергетическая парадигма. Синергетика образования. М. Прогресс-Традиция. С.346-368.
28. Масуренков Ю.П., Собисевич А.Л. Пуль-сционно-вихревое развитие Эльбрусской вулканической области. Док.РАН. 2010.Т.432, №1 С.105-109.
29. Мелекесцев И.В. Роль вихрей в происхождении и жизни земли. Сб. Вихри в геологических процессах. Петропавловск-Камчатский. 2004. С.17-53.
30. Мельник О.Э., Бармин А.А., Спаркс С. Беспокойная жизнь лавовых куполов. // Природа. №3 (1087). 2006.С.46-55.
31. Мороз Ю.Ф., Лагута Н.А., Мороз Т.А. Маг-нитотеллурическое зондирование Камчатки // Вулканология и Сейсмология. 2008. № 2. С. 1—13.
32. Наливкин Д.В. Ураганы, смерчи, бури. 1969. Л.: Наука. 487с.
33. Нечаев А.М. О механизме извержения вулкана. Докл. в ИФЗ РАН 15.05.2013 http://istina.msu.ru/media/publications/articles/858/60 3/3417291/Volcanoes_eruption_-rus-MGU-size9.pdf
34. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. 2014. "Ленанд".360 с.
35. Озеров А. Ю. Динамика эруптивной деятельности, эволюция магм и модели базальтовых извержений (на примере Ключевского вул.). Дисс. на соис.уч.ст.док.г.-м.н. 2016. М. 410с.
36. Пакулин В.Н. Структура материи. Вихревая модель микромира. 2011.СП6. НПО «Стратегия будущего».120 с.
37. Попов В.С., Кременецкий А.А. Сверхглубокое научное бурение. // Соровский образовательный журнал. 1999.№11. С.61-68.
38. Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из Хаоса: Новый диалог человека с Природой. 1986 М.: Прогресс. 432 с.
39. Самарский А.А. Михайлов А.П. Математическое моделирование. М. Физ-матлит. 2005. 320с.
40. Слёзин Ю.Б. Природа и механизм резких изменений режима вулканических извержений. В кн. Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. 2001. Петропавловск-Камчатский. ИВГиГ ДВО РАН. 428с.
41. Слепнев А.В., Вадивасова Т.Е. Два вида автоколебаний в активной среде с периодическими граничными условиями. // Нелинейная динамика. 2012. Т. 8. № 3. С.497-505.
42. Фортов В.Е. Мощные ударные волны и экстремальные состояния вещества. // УФН, 2007. Т.177. №4. С. 347-368.
43. Фортов В.Е. Экстремальные состояния вещества на Земле и в космосе. 2009.УФН. Т.179. № 6. С. 653-687.
44. Хакен Г. Синергетика. 1991.М. Мир. 419с.
45. Чернавский Д.С. Методологические основы синергетики и ее применения. Методологические основы синергетики и ее социальные аппликации. Научный эксперт. 2010. М. Вып. 1. М. С. 6-29.
46. Чернавский Д.С. Синергетика и информация. М. Наука. 2001.105с.
47. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.: Мир.1979. 279с.
48. Яницкий И.Н. Состав и свойства вещества в недрах земли. М.: «Гелиос». 2005.104 с.
49. Lorenz K. Behind the Mirror. A Search for a Natural History of Human Knowledge. London.1977. 261 p.
ОБ ЭТАЛОННЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ СТРУКТУРАХ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРО- И ЛИТОДИНАМИЧЕСКИМИ ПОТОКАМИ
Соколова Н.В.
ФГБУН Институт проблем нефти и газа РАН старший научный сотрудник Центра инновационных нефтегазовых технологий
ON MODEL NATURAL STRUCTURES OF HYDRO- AND LITHODYNAMIC FLOWS
MANAGEMENT
Sokolova N.
FGBUN Oil and Gas Research Institute of RAS (Senior researcher-researcher Center for innovative oil and gas technologies)
Аннотация
В статье отражены уровни естественного управления гидро-и литодинамическими потоками (узел слияния рек, объединения четырех управляющих узлов одного ранга и формирование области денудации, объединение пяти областей денудации в одну область денудации более высокого ранга). Рассмотрены особенности выделения эталонных динамических участков (областей денудации) разного ранга с использованием информации о системах тальвегов и относительно независимых гидро-и литодинамических потоков. Показаны восемь эталонных динамических участков разного ранга, отражены режимы их развития, которые благоприятны для формирования залежей нефти и газа.
Abstract
The article reflects the levels of natural management of hydro-and lithodynamic flows, (rivers confluence node, combining four control nodes of the same rank and the formation of a denudation area, combining five denudation areas into one denudation area with a higher rank). The features of identifying model dynamic areas (denudation areas) of different ranks are considered using information about thalwegs systems and relatively independent hydro- and lithodynamic flows. Eight model dynamic areas of different rank are shown, the modes of their development, which are favorable for the formation of oil and gas deposits, are reflected.
Ключевые слова: относительно независимые гидро-и литодинамические потоки, тальвег, область денудации, узел слияния рек, естественное управление реками, залежи нефти и газа.
Keywords: relatively independent hydro and lithodynamic flows, thalweg, denudation area, rivers confluence node, natural management of rivers, oil and gas deposits.
В хозяйственной практике для дальнейшего ее совершенствования искусственно организуются разного рода эталонные участки.
В то же время на земной поверхности развиваются особенные природные динамические участки (области денудации), которые, на наш взгляд, являются эталонами - образцами с четкими признаками естественного управления (независимо от антропогенного фактора). Их можно выделить с использованием информации о тальвегах (линиях, соединяющих самые низкие (глубокие) точки дна долины или русла реки, оврага или балки, ледника, ложбины, лощины и других эрозионных форм рельефа [3]). Они имеют только одно слабое звено своих границ, где возможны активные перестройки рельефа и даже землетрясения [13]. Слабое звено приурочено к зоне замыкания эталонного участка. Эта зона у него весьма характерная. Два относительно независимых потока, выполняющих функции транзитных и оконтуривающих данный участок, сближаются и между ними создается глубокая долина, где функционирует связка активных притоков, замыкающих данный участок. Обычно такая зона замыкания эталонного участка легко выявляется с использованием общегеографических и топографических карт [2, 4], а характер взаимосвязи противоположных потоков в ней можно определить с помощью данных [6]. Эталонные области денудации как пазлы встраиваются в единую систему динамических участков разного ранга.
В современных исследованиях тальвеги используются в связке с конкретными водораздельными пространствами. Наряду с этим их целесообразно использовать в качестве самостоятельного геодинамического показателя, который связан с изменениями базисов денудации, потоков земного вещества разного ранга и, косвенно, - с развитием землетрясений. Такой подход существенно расширяет информативность тальвегов и позволяет получить новые сведения, в частности о развитии рельефа земной поверхности и о естественных структурах управления реками - областях денудации разного ранга. Каждая такая область оконтурива-ется только транзитными потоками в ортогональных плоскостях, а их активные притоки при этом оказываются внутри нее [10].
Как показали исследования [9, 11], на земной поверхности функционируют системы относительно независимых (параллельных с люфтом 45°) гидро-и литодинамических потоков (в том числе и рек). Все они развиваются не стихийно.
В работе [1] рассматриваются современные вертикальные и горизонтальные деформации русел рек России, изменения интенсивности их переформирования.
На земной поверхности повсеместно развиваются узлы слияния рек, которые в рельефе выражены воронками. В каждую такую воронку втекают противоположные по направлению притоки в двух взаимно ортогональных плоскостях. По своим количественным характеристикам эти притоки разные. В зависимости от их энергетики и формируется узел слияния главной реки с ее активным притоком. Транзитный поток (главную реку) формируют самый сильный и самый слабый притоки в данную воронку. При этом направление самого слабого притока меняется на определенной глубине на обратное в зависимости от динамической границы - предела действия подавляемого притока [7]. В ортогональной плоскости функционируют также два противоположных притока, один из них - активный. Таким образом, в узле слияния рек реализуется первый уровень управления потоками. На следующем уровне управления создаются ассоциации четырех подобных узлов, которые формируют динамический участок (область денудации). Более высокий третий уровень управления фиксируется при объединении динамических участков одного ранга. Динамический участок определяют четыре управляющих узла слияния рек, поэтому в одной области денудации более высокого ранга функционируют пять областей денудации рангом ниже, одна из них обязательно будет центральной [10, 11].
Для выделения таких динамических участков (и особенностей их изменения) целесообразно использовать общегеографические и топографические карты разного масштаба [2, 4]. Если при решении этой проблемы не хватает информации о крупных относительно независимых потоках и тальвегах, то привлекаются данные о транзитных потоках меньшего ранга (и карты более крупного масштаба).
Чтобы понять смысл природных эталонных участков, рассмотрим особенности выделения их на примере части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.
В ее пределах развивается динамический участок (условно третьего ранга), который оконтури-вается тальвегами в р. Печоре, в Печорском море, рр. Хайпудыре, Адзьве и Усе. Реки Адзьва и Хай-пудыра замыкают данный участок (рис. 1, серая
жирная линия). Здесь изначально было два варианта решения о замыкающих потоках и, соответственно, о выделении динамического участка на данной территории. Казалось, что замыкающими должны быть (с учетом глубины вреза) противоположные по направлению реки Коротаиха и Воркута. Также был и вариант связки Адзьвы и Хайпу-дыры. Чтобы выбрать правильное решение, нужно было выявить главный поток в пределах определяемого динамического участка. Таким потоком здесь однозначно является река Колва. При этом сразу же оиределилась и связка замыкающих рек Адзьвы и
Хайпудыры, так как именно с их активными притоками взаимодействуют напрямую в той же плоскости активные притоки Колвы. В связи с вышеизложенным данный выделенный динамический участок изначально не мог быть эталонным.
Этот участок, согласно правилу буравчика, имеет предрасположенность к погружению. Такому процессу способствуют обтекающие его рр. Адзьва, Уса, Печора и поток в Печорском море. Препятствует данному процессу р. Хайпудыра и ее активный приток в зоне замыкания.
Рис. 1. Границы динамических участков: условно 3-го ранга - жирная серая линия; более низкого ранга - жирные черные линии. Цифрами показаны номера (1-5) эталонных динамических участков разного ранга.
Необходимо отметить, что такого рода препятствия в целом носят позитивный характер, так как не дают развиваться негативным катастрофическим ситуациям (провалам (при погружении) или выбросам земного вещества из недр - при воздымании) и позволяют сформироваться надежным покрышкам для залежей нефти и газа. Поэтому очень важна детальная информация о таких препятствиях.
По данным [8], выделенный динамический участок третьего ранга является одним из самых перспектиных в Печоро-Колвинской нефтегазоносной области. Исходя из этого обстоятельства р. Хайпудыра активно препятствует процессу погружения данного участка. Другой особенностью этого участка является то, что в его пределах четко выражена главная река - Колва, которая характеризует наклон самого участка на юг (что противоположно направлению наклона области денудации более крупного ранга). Одновременно этот господствующий (по площади распространения) склон является противоположным тому склону, который занимают притоки в Печорское море (в зону границы данного участка). Форма динамического участка третьего ранга указывает на то, что он подвержен активным процессам сжатия с юго-востока. Это очень важные обстоятельства, которые способствуют процессу образования залежей нефти и газа.
Согласно исследованиям [7], транзитный поток всегда структурирован воронками (областями аккумуляции), по его ходу формируются области денудации с противоположными ему склонами. Такие области благоприятны для формирования нефтегазовых залежей.
Внутри области денудации третьего ранга, оконтуренной рр. Печорой, Хайпудырой, Адзьвой и Усой, можно выделить два эталонных участка четвертого ранга. На рис. 1 границы всех выделенных эталонных участков отображены черными жирными линиями. Один из них (№ 1) оконтурен рр. Печорой, Колвой, Лаей и связующими их притоками, которые на протяжении данной зоны замыкания функционируют как транзитные. Он имеет предрасположенность к погружению, чему способствуют главные рр. Печора и Колва. Такому режиму развития здесь активно препятствуют только р. Лая и ее приток в зоне замыкания. Форма эталона № 1 указывает на наличие активных локальных процессов его сжатия с северо-востока.
Выделенный эталон № 1 в плане нефтегазонос-ности является перспективным, здесь открыто и разрабатывается крупное Усинское нефтяное месторождение. Интересным обстоятельством является то, что это месторождение на земную поверхность проецируется двумя зонами (разделенными
р. Колвой), которые четко приурочены к противоположно направленным господствующим (по площади) склонам к р. Колве. Одновременно, как уже отмечалось выше, сама Колва в пределах участка третьего ранга фиксирует обратный склон по отношению к склону более высокого ранга (который индицирует р. Печора меридионального простирания.
Нефтяные залежи на эталонном участке № 1 находятся на глубинах 1,1-3,4 км [5]. На структурных картах [12] эти глубины соответствуют визей-скому ярусу нижнего карбона и доманиковому горизонту верхнего девона. Проекциями эталона № 1 на данные горизонты являются области денудации с разными границами своего распространения, а на поверхность фундамента этот эталонный участок проецируется замкнутым понижением.
Другой эталонный динамический участок (№ 2) оконтурен рр. Лаей, Печорой, Шапкина и связкой притоков, которые работают как транзитные в зоне замыкания границы данного участка (см. рис. 1). Второй эталонный участок имеет также предрасположенность к погружению. Этот процесс поддерживается рр. Лаей, Печорой, но его сдерживают р. Шапкина и ее приток в зоне замыкания данной области денудации.
Особенностью второго эталона является то, что главной реки здесь нет, действующая внутри него относительно крупная река Созьва отражает склон к реке Печоре (северо-западного простирания). Противоположный ему склон также не является господствующим по площади. На поверхность фундамента, кровлю разновозрастных ордовикско-силурийско-нижнедевонских отложений, подошвы доманикового горизонта верхнего девона и визей-ского яруса нижнего карбона [12] центральная область данного эталона проецируется локальными понижениями. Форма эталона свидетельствует о процессах сжатия с юго-востока, как и участка третьего ранга. Только в отличие от него на поверхности эталона № 2 не формируется противоположного (транзитному потоку) господствующего склона. Согласно [8, 12] промышленных скоплений УВ здесь не обнаружено.
К динамическому участку третьего ранга в границах рр. Адзьвы, Усы, Печоры и Хайпудыры примыкает эталонный участок № 3 (см. рис. 1) более низкого (пятого) ранга, который сразу же выделяется без информации о главном потоке, функционирующем в его пределах. Границами третьего эталонного участка являются рр. Печора и Ижма, а также связка их притоков, которые на протяжении всей зоны замыкания участка функционируют как транзитные. На стыке этих противоположных замыкающих притоков фиксируется слабое звено границ данного участка. Внутри эталонного участка № 3 развивается главная река - Кожва, которая определяет положение динамических участков более низкого (шестого) ранга и направление господствующего склона (на северо-восток), которое противоречит наклону смежного динамического участка более крупного ранга (на запад от Уральских гор). Форма данного эталона отражает активное развитие процессов сжатия его с запада.
Взаимосвязь транзитных потоков (участков р. Печоры меридионального и широтного простирания), оконтуривающих эталонный участок № 3, показывает предрасположенность развития его как воздымающегося. Такому режиму воздымания препятствует р. Ижма и ее активный приток в зоне замыкания границ данного участка. Южная часть эталонного участка № 3, приуроченная к господствующему склону северо-восточного направления (и зоне влияния главной реки Кожвы), согласно [8, 12], является перспективной на нефть и газ.
Эталонный участок (№ 4, см. рис. 1) четвертого (условно) ранга развивается в границах р. Мезени, ее активного притока Вашки и связующих их потоков. Данный эталон имеет предрасположенность к воздыманию, однако, этому сильно препятствуют р. Вашка и ее активный приток, функционирующий в зоне замыкания границ данного участка. Форма этого эталона отражает развитие процессов сжатия с юго-запада. Господствующий склон здесь не выражен. Главная река не просматривается. Относительно крупной рекой является река Пыса юго-восточного направления.
Эталонный участок № 5 (см. рис. 1) сформирован меандром р. Мезени и связкой противоположных по направлению притоков в зоне замыкания границ этого динамического участка. Данный участок так же, как и эталоны №№ 1, 2 предрасположен к погружению. Но этому режиму препятствует только относительно небольшой приток (северо-западного направления) к Мезени в зоне замыкания границ эталонного участка. Наряду с этим форма эталона свидетельствует о наличии результирующих процессов сжатия с северо-востока. В итоге развиваются противоположные по своему результату процессы. Первые способствуют погружению данного участка, а вторые (процессы сжатия) - воз-дыманию. При сильном ослаблении небольшого притока к р. Мезени в зоне замыкания границ на участке может сформироваться провал и относительно крупный водоем. Таким образом, данный эталон характеризуется критическими параметрами своего развития.
Выводы
Эталонные естественные структуры управления реками являются единицами районирования, они встраиваются как пазлы в единую систему динамических участков, при этом определяется их ранг. Они подлежат внутреннему ранжированию. У таких структур только одно слабое звено границ, они хорошо организованы, легко определяются с использованием информации о тальвегах без выявления главного транзитного потока меньшего ранга. Несмотря на то, что такие эталоны хорошо организованы извне, внутренне они могут быть слабо организованными. К примеру, второй эталонный участок (см. рис. 1) имеет одно слабое звено своих границ, приуроченное к зоне замыкания рр. Шапкина и Лаи. Внутри данного участка центральная область денудации относительно низкого ранга имеет четыре слабых звена своих границ. Необходимо отметить, что в таких неустойчивых зонах возможны неблагоприятные перестройки рельефа.
Реки способны быстро перестраивать направление течения на обратное, так как их дно структурировано воронками, в которых функционируют местные базисы денудации. От динамики местных базисов денудации зависит и характер развития реки [6, 7].
Эталонные области денудации, оконтуренные системами относительно независимых гидро-и ли-тодинамических потоков, в том числе и рек, также способны быстро и легко перестраиваться. Каждый такой динамический участок имеет предрасположенность или к воздыманию, или погружению, смещению по латерали, характерным деформациям в пространстве. Диапазон таких изменений очень широкий. Как показывает практика, понижение базисов денудации и соответствующая перестройка гидро-и литодинамических потоков в зоне замыкания границы области денудации могут способствовать развитию катастрофических ситуаций, связанных не только с землетрясениями, но и формированием обширных зон затопления или, наоборот, выбросов земного вещества (воды, газа и др.) с различных глубин. А выбросы газа из недр в определенных условиях способны создать очаг самовозгорания.
Количественные и качественные разноплановые изменения природной среды реализуются непрерывно при разрядке геодинамических напряжений, которые создаются в ходе движения Земли по орбите вокруг Солнца и вокруг своей оси. Подробнее об этом изложено в работе [10].
Природные эталонные структуры управления гидро-и литодинамическими потоками имеют очень важное значение. Они созданы без участия человека для совершенствования систем приспособлений Земли к непрерывным ее изменениям и одновременно для разрядки геодинамических напряжений разного ранга. С учетом этого в будущем для разработки прогрессивных технологий недропользования необходимо создать реестр таких эталонных участков, а также проводить мониторинг тех из них, которые имеют критические параметры замыкания границ и способствуют развитию неблагоприятных процессов (зон затопления, очагов самовозгорания, землетрясений).
Статья написана в рамках выполнения государственного задания (тема «Фундаментальный базис инновационных технологий нефтяной и газовой промышленности (фундаментальные, поисковые и прикладные исследования)», № АААА- А19-119013190038-2).
Список литературы
1. Алексеевский Н.И., Беркович К.М., Чалов Р.С., Чалов С.Р. Пространственно-временная изменчивость русловых деформаций на реках России
// География и природные ресурсы. 2012. № 3. С. 13-21.
2. Атлас мира / Отв. ред. А.Н. Баранов. М.: ГУГК при МВД СССР, 1954.
3. Географический словарь: все термины по алфавиту [Электронный ресурс]. URL: http://ecosystema.ru (Дата обращения 14.08.2020).
4. Карты генштаба СССР - архив топографических карт [Электронный ресурс]. URL: http://satmaps.info (Дата обращения 01.07.2019).
5. Нефтяники РФ [Электронный ресурс]. URL: http:// nftn.ru (Дата обращения 14.08.2020).
6. Орлов В.И. Динамическая география. М.: Научный мир, 2006. 594 с.
7. Орлов В.И., Соколова Н.В. Значение динамических границ и зон разрядки напряжений для топографо-геодезических исследований // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1992. № 6. С. 114-127.
8. Прищепа О.М., Богацкий В.И., Макаревич В.И., Чумакова О.В. и др. Новые представления о тектоническом и нефтегазогеологическом районировании Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2011. Т. 6, № 4. [Электронный ресурс]. URL: https://ngtp.ru/rub/4/40_2011.pdf. (Дата обращения 14.08.2020).
9. Соколова Н.В. О роли единой системы непрерывных потоков вещества разного ранга в формировании внутренней структуры Земли // Актуальные проблемы нефти и газа. 2017. № 1(16). [Электронный ресурс]. URL: https://oilgasjoumal.ru (Дата обращения 04.08.2020).
10. Соколова Н.В. О зоне разрядки геодинамических напряжений в Арктике // Международный журнал социальных и естественных наук. 2020. № 3, Ч. 1. С. 73-79.
11. Соколова Н.В. Влияние гидро- и литодина-мических потоков на характер современного эрозионного расчленения территорий // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 10. Ч. 1(88). С. 60-64.
12. Тимано-Печорский седиментационный бассейн: Альбом литолого-фациальных, структурных и палеогеологических карт / Н.И. Никонов, В.И. Богацкий, А.В. Мартынов, З.В. Ларионова и др. Ухта: ТП НИЦ, 2000.
13. Smaglichenko T.A., Sokolova N.V., Smagli-chenko A.V., Genkin A.L., Sayankina M.K. Gradient Models of Geological Medium to Safety of Large-Scale Fuel-Energy Systems // Proceedings of 2019 Eleventh International Conference "Management of large-scale system development" (MLSD) / Moscow (October 2019 г.). - IEEE Publisher, 2019. - https://ieeex-plore.ieee.org/document/8911061 ; DOI:10.1109/MLSD.2019.8911061.
