Российские ученые открыли общий закон разрушения горных пород
Ученые РФ описали математический принцип, по которому трещины дробят горные породы на фрагменты. Новая модель поможет точнее оценивать свойства разломов, движение воды, нефти и газов в породах, а также риски сильных землетрясений.
Источник: Дмитрий Павлов / ИДГ РАН. Участники исследовательского коллектива. Слева направо: к.ф.-м.н. Зульфат Шарафиев, д.г.-м.н. Элла Горбунова, к.г.-м.н. Антонина Григорьева, к.ф.-м.н. Ксения Морозова, д.г.-м.н. Валерий Ружич, к.ф.-м.н. Алексей Остапчук (руководитель экспедиции).
МОСКВА, 18 мая. /Новости науки/. Российские ученые выяснили, что горные породы разрушаются не по принципу фрактальности, как считали раньше, а по иному универсальному математическому закону. Об этом сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Исследование провели специалисты Института динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН и Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН. Работу поддержал грант РНФ. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Трещины и разломы в земной коре бывают разного размера — от микроскопических до разломов длиной в сотни километров. Они важны не только для геологии. Через такие зоны движутся вода, нефть, газ и флюиды, которые участвуют в образовании минералов. Поэтому размер трещин и осколков породы влияет на то, как порода пропускает жидкости и газы.
Раньше разрушение пород часто описывали через фрактальность. Эта модель предполагает, что крупные трещины ветвятся на более мелкие примерно так же, как ветви дерева. В таком случае очень мелких трещин и фрагментов должно быть особенно много, а крупных — мало.
Новая работа показала, что эта картина неполна. Ученые выяснили: при разрушении пород очень мелких фрагментов образуется намного меньше, чем предсказывает фрактальная модель. Такая закономерность сохраняется на всех масштабах — от трещин в отдельных минералах до крупных разломов в земной коре.
Исследователи изучали Приморский разлом Байкальской рифтовой зоны. Он тянется более чем на 250 километров вдоль западного берега Байкала. Сама рифтовая зона начала формироваться 65–60 млн лет назад, но этот район до сих пор остается сейсмически активным.
Ученые собрали образцы пород вдоль 160-километрового участка разлома. Они изучили микротрещины в цирконах, шлифы горных пород, скальные обнажения и цифровые модели рельефа. Такой подход позволил сравнить разрушение на разных уровнях — от микрометров до десятков километров.
Для анализа исследователи использовали нейросети. Алгоритмы разметили на тысячах изображений границы трещин и области, которые могут стать отдельными фрагментами породы. Затем ученые с помощью математической статистики проверили, как распределяются эти фрагменты по размерам.
«Мы впервые показали, что горные породы на разных масштабах рассмотрения — от микрометров до десятков километров — разрушаются по универсальному закону, отличному от ранее предполагавшегося принципа фрактальности», — сказал руководитель проекта, главный научный сотрудник Института динамики геосфер РАН Геворг Кочарян.
По его словам, новая модель поможет точнее предсказывать поведение разломов, зарождение землетрясений и гидрологические свойства пород в районах добычи полезных ископаемых. В дальнейшем ученые хотят построить на основе этого закона структурную модель крупного региона и изучить его сейсмический режим.
Исследование провели специалисты Института динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН и Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН. Работу поддержал грант РНФ. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Трещины и разломы в земной коре бывают разного размера — от микроскопических до разломов длиной в сотни километров. Они важны не только для геологии. Через такие зоны движутся вода, нефть, газ и флюиды, которые участвуют в образовании минералов. Поэтому размер трещин и осколков породы влияет на то, как порода пропускает жидкости и газы.
Раньше разрушение пород часто описывали через фрактальность. Эта модель предполагает, что крупные трещины ветвятся на более мелкие примерно так же, как ветви дерева. В таком случае очень мелких трещин и фрагментов должно быть особенно много, а крупных — мало.
Новая работа показала, что эта картина неполна. Ученые выяснили: при разрушении пород очень мелких фрагментов образуется намного меньше, чем предсказывает фрактальная модель. Такая закономерность сохраняется на всех масштабах — от трещин в отдельных минералах до крупных разломов в земной коре.
Исследователи изучали Приморский разлом Байкальской рифтовой зоны. Он тянется более чем на 250 километров вдоль западного берега Байкала. Сама рифтовая зона начала формироваться 65–60 млн лет назад, но этот район до сих пор остается сейсмически активным.
Ученые собрали образцы пород вдоль 160-километрового участка разлома. Они изучили микротрещины в цирконах, шлифы горных пород, скальные обнажения и цифровые модели рельефа. Такой подход позволил сравнить разрушение на разных уровнях — от микрометров до десятков километров.
Для анализа исследователи использовали нейросети. Алгоритмы разметили на тысячах изображений границы трещин и области, которые могут стать отдельными фрагментами породы. Затем ученые с помощью математической статистики проверили, как распределяются эти фрагменты по размерам.
«Мы впервые показали, что горные породы на разных масштабах рассмотрения — от микрометров до десятков километров — разрушаются по универсальному закону, отличному от ранее предполагавшегося принципа фрактальности», — сказал руководитель проекта, главный научный сотрудник Института динамики геосфер РАН Геворг Кочарян.
По его словам, новая модель поможет точнее предсказывать поведение разломов, зарождение землетрясений и гидрологические свойства пород в районах добычи полезных ископаемых. В дальнейшем ученые хотят построить на основе этого закона структурную модель крупного региона и изучить его сейсмический режим.
