| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта |
| 16. |
Аннотация |
Шельф Сибири, включающий моря Карское, Лаптевых и Восточно-Сибирское – крупнейший континентальный шельф на Земле, имеющий стратегическое значение из-за запасов нефти и природного газа, является малоизученным из-за суровых климатических условий. Состояние вод и морского льда шельфа контролируется множеством климатических процессов, среди которых: изменчивость атмосферной динамики, определяющей процессы образования и таяния морского льда, его дрейф и циркуляцию вод в поверхностном слое, взаимодействие с соседними регионами, а также сток сибирских рек. Шельф арктических морей рассматривается как область, в пределах которой возможно существование многолетнемерзлых субаквальных пород, достоверные сведения о которых получены на основании буровых профилей. Существование мерзлоты обеспечивает условия для формирования в донных отложениях зоны стабильности газогидратов на небольших водных глубинах.
Для научно-практического обеспечения хозяйственного освоения побережья и шельфовой зоны Арктики необходима разработка критериев уязвимости рассматриваемого региона. Эти критерии могут быть разработаны только на основе оценки знаний о физических механизмах, формирующих современное состояние природной среды региона. В настоящее время анализ данных наблюдений не может обеспечить полноценную картину изменчивости региона в виду недостаточности их пространственно-временного представления. В настоящем проекте предлагается разработка системы комплексной оценки сибирских шельфовых морей для исследования состояния вод, морского льда, криолитозоны и прогноза их изменчивости под воздействием глобальных климатических изменений.
Исследование гидрологии шельфовых морей будет основано на анализе данных наблюдений и использовании моделей компонентов климатической системы, разрабатываемой в Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН при усовершенствовании физико-математических численных моделей океана, морского льда и осадочного слоя с привлечением современных параметризаций физических процессов, численных методов и технологии параллельных вычислений. Планируется проведение численных расчетов на основе трехмерной модели океана с повышенным разрешением в шельфовой зоне от 2 до 5 км. Это обеспечит детальное представление о пространственно-временной изменчивости процессов, происходящих в водах шельфовых морей и ледовом покрытии, обусловленной изменчивостью современного состояния атмосферы полярных широт и позволит выявить тенденции возможных изменений в будущем. Исследование чувствительности моделируемых переменных к вариациям внешнего воздействия позволит определить наиболее значимые глобальные и локальные климатические связи, определяющие изменчивость гидрологии региона. Особое внимание будет уделяться изучению гидрологических характеристик в придонном слое морей, поскольку повышение температуры придонного слоя усиливает процесс деградации многолетнемерзлых пород и может приводить к дестабилизации газовых гидратов.
Одной из задач настоящего проекта является выявление мощности и масштабов деградации субаквальной мерзлоты шельфов морей Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского и связанных с ней газогидратов метана, а также количественная оценка потоков метана в атмосферу. Для моделирования реакции субаквальных многолетнемерзлых грунтов на климатические изменения будет использована разработанная в ИВМиМГ СО РАН версия модели теплопереноса в донных отложениях в условиях субаквальной мерзлоты, на основе динамической модели ИФА РАН, описывающей процессы тепловлагопереноса в грунте. Данная работа является одной из первых попыток совместного моделирования термохалинного состояния вод и эволюции субаквальной криолитозоны и зоны стабильности газовых гидратов для шельфов морей Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского в прошлом, настоящем и будущем. В результате проведенного исследования будут получены представления о возможной динамике толщ многолетнемерзлых пород и зоны стабильности газовых гидратов в донных отложениях арктического шельфа с учетом процессов засоления донных осадков и данных по геотермическим потокам для региона. Предлагается разработка сценариев развития природной среды шельфа Карского моря, Лаптевых и Восточно-Сибирского с учетом циклов трансгрессий-регрессий, периодов существования покровного оледенения, палеотемпературных данных за последние 400 тысяч лет. По результатам исследования будут выявлены необходимые условия образования сквозных таликов в реликтовых мерзлых толщах донных отложений, через которые может происходить эмиссия газов на этапах трансгрессий и в современный период как следствие потепления в северных широтах.
Обнаружение и мониторинг состояния залежей газогидратов приобретает всё большее значение как в связи с глобальным потеплением, так и в связи с усилением антропогенного присутствия в связи с активизацией геологоразведочных работ и возрастающими объёмами добычи углеводородов. Наиболее подходящим на наш взгляд методом дистанционного обнаружения и мониторинга залежей газогидратов является проведение сейсмических исследований. При этом открывается возможность высокоточной локализации таких формаций, однако вплоть да настоящего времени не разработана теория, связывающая состояние газогидратов с отражёнными/рассеянными сейсмическими волнами.
В предлагаемом к рассмотрению проекте будут разработаны и апробированы как стандартные подходы, разрабатываемые в Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, для локализации неоднородностей путём проведения сейсмических исследований (реконструкция глубинной скоростной модели и построение волнового сейсмического изображения), так и качественно новые подходы определения физического состояния (PVT) на основе глубокого машинного обучения. Для реализации машинного обучения нами будет выполнен на представительном наборе петрофизических моделей типичных залежей газогидратов переход к сейсмической модели (в зарубежной литературе этот шаг известен как upscaling). Построенная таким образом модель будет использована для полномасштабного сейсмического моделирования и формирования синтетической базы данных. По полученным волновым полям затем строятся сейсмические изображения скоплений газогидратов, которые и будут использованы в качестве обучающего материала при разработке методов реконструкции петрофизической модели.
Принципиально новой является задача проекта - выявление наиболее уязвимых районов Сибирского шельфа на основе анализа областей устойчивого повышения придонной температуры и построенных карт возможных скоплений газогидратов, полученных на основе решения обратной динамической задачи сейсмики и модели подводной мерзлоты. |