• ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
   
• ЗАДАЧИ И
  ЦЕЛИ
• НАУЧНЫЕ ПОДХОДЫ
  И МЕТОДЫ
• УЧАСТНИКИ
   
• РЕЗУЛЬТАТЫ
   
• КОНТАКТЫ
   

     Решение поставленных в проекте задач будет основываться на использовании комплекса специальных методов и технологий для проведения полевых исследований, а также для выполнения экспериментального и математического моделирования, в том числе оригинальных, разработанных авторами в ходе предыдущих исследований, а также разработку новых методических подходов. Экспериментальное моделирование взаимодействия мерзлых гидратосодержащих пород с солевыми растворами при различных термобарических условиях будет проведено на оригинальном газогидратном оборудовании, позволяющем прежде всего получать мерзлые гидратонасыщенные образцы с равномерным распределением порового гидрата, а затем путем понижения давления переводить мерзлые гидратосодержащие образцы в метастабильное состояние. Дальнейшее экспериментальное моделирование будет основано на приведении мерзлых гидратосодержащих образцов в контакт с солевыми растворами при различных термобарических условиях и наблюдение во времени за процессом взаимодействия. По окончанию эксперимента будут рассчитываться основные физические характеристики образцов, включающих остаточное льдо- и гидратосодержание, влажность, плотность.

Эксперименты по напорной фильтрации газового флюида в мерзлых, оттаивающих и гидратосодержащих породах при изменении термобарических условий сред будут проводиться на специальной фильтрационной установке, позволяющей оценивать газопроницаемость грунтовых образцов в условиях фазовых переходов, вода-лед-газогидрат.

Медленные движения горных пород моделируются неньютоновским вязким течением, развивающимся квазиэкспоненциально после достижения предела текучести. Это течение рассматривается как вязкопластическая среда с внутренним сухим трением. Медленное течение таких сред является неустойчивым, поскольку уравнения возмущенного течения утрачивают эллиптичность и становятся гиперболическими. Смежные формы течения могут реализоваться в виде локализованных или ячеистых структур. Увеличение порового давления уменьшает область неустойчивости.

Для трехмерного численного моделирования разрушения верхнего слоя гидратонасыщенных осадков будет использован программный код FLAC 3D, реализующий явную конечноразностную схему решения трехмерных задач механики сплошных сред. FLAC 3D позволяет моделировать нелинейное поведение горных пород в условиях пластического течения за пределом прочности, в том числе и в случае развития реологической неустойчивости, ведущей к образованию зон локализации неупругой деформации.

Для изучения механизма изменения напряженного состояния осадочной толщи и эмиссии метана в криолитозоне при движении медленных тектонических волн будет использована модель гранулированной среды, зерна которой при взаимодействии на контактах ведут себя как система с перескоками (или с несмежными формами равновесия), когда переход в новое состояние равновесия осуществляется за счет накопленной в системе упругой энергии. Для анализа последствий перехода системы зерен в новое состояние равновесия на метастабильное состояние газогидратных включений будет использована модель микрополярного континуума, учитывающая наряду со средним смещением кинематически независимые повороты отдельных блоков.

Будет проанализирован научный материал и данные о результатах лабораторных и натурных экспериментов по темам, к которым относятся задачи, предполагаемые решить в рамках проекта.

Формулировка математической модели и постановка задач с учетом экспериментальных данных. Для решения поставленных задач в рамках предлагаемых моделей, будут использованы как аналитические методы для предварительных упрощенных, но содержащих основные особенности нелинейных задач, так и численные методы в общем случае, такие как: Разностный метод, метод Галеркина и др. Для решения некоторых задач будут использованы автомодельные постановки.

Организацией партнером ТОИ ДВО РАН будет разработан и сконструирован экспериментальный стенд, позволяющий в лабораторных условиях выполнить серию экспериментов, необходимых для:

- оценки величины подъема водных масс (апвеллинга), вызванного всплывающими пузырьками, в зависимости от их интенсивности (потока) и геометрических размеров;

- оценки вклада пузырькового транспорта в общий перенос, включая метан, растворенный в воде за счет апвеллинга вод, вызванного массированной струйной разгрузкой пузырькового метана;

- за счет введения дополнительного параметра, учитывающего эффект пузырькового апвеллинга вод, будут разработаны новые и повышена точность имеющихся методов количественной оценки потока метана.

Разрабатываемый стенд будет состоять из прозрачной емкости объемом до 50 литров, в одну из стенок которой будет установлен светодиодный осветитель с регулируемыми спектром светового потока и интенсивностью освещения. Для установки датчиков температуры и давления, необходимых для определения скоростей апвеллинга, в рабочей зоне стенда будут проделаны технические отверстия диаметром 8 мм в количестве до 7 единиц. Через данные отверстия при необходимости будет производится отбор проб с заданной частотой. Генерация пузырьков, геометрические размеры которых типичны для акваторий морей российской Арктики, будет осуществляется с помощью фильтров Шота, распылительных камней или одиночных сопел, установленных в нижней части рабочей зоны стенда. Водная среда экспериментального стенда будет формироваться из жидкостей различной плотности, что обеспечит ее стратификацию и позволит определить скорость перемешивания стратифицированных слоев жидкости, вызванную всплывающими пузырьками. Данный параметр необходим для оценки скорости апвеллинга, вызванного всплывающими пузырьками. Все жидкости будут поступать в экспериментальный стенд через нижнюю часть рабочей зоны стенда. Поток всплывающих пузырьков будет регулироваться с помощью промышленных расходомеров в диапазоне от 0,1 до 720 литров в минуту. Для видео регистрации проводимых экспериментов будут использованы скоростные видеокамеры с возможностью съемки до 240 кадров в секунду и профессиональный фотоаппарат с макрообъективом.

Разработанный стенд позволит повысить точность количественной оценки современной эмиссии метана, поступающего из акваторий морей российской Арктики в атмосферу региона. В ходе реализации проекта будет использована акустическая и сопутствующая ей информация, собранная в 2011-2021 гг. во время экспедиций в моря российского сектора Арктики на научно-исследовательских судах «Виктор Буйницкий», «Oden», «Академик М.А. Лаврентьев» и «Академик Мстислав Келдыш».

 

при поддержке