Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы
З огляду на концепцію динамічно нестійкого геосередовища, проаналізовано низку питань генерації акустосейсмоелектромагнітного шуму літосферного походження, його просторової диференціації та особливостей поширення. Увагу зосереджено на необхідності адекватнішого електродинамічного опису геосередо...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Геофизический журнал |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96497 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы / В.Н. Шуман // Геофизический журнал. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 101-118. — Бібліогр.: 54 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96497 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-964972016-03-18T03:02:37Z Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы Шуман, В.Н. З огляду на концепцію динамічно нестійкого геосередовища, проаналізовано низку питань генерації акустосейсмоелектромагнітного шуму літосферного походження, його просторової диференціації та особливостей поширення. Увагу зосереджено на необхідності адекватнішого електродинамічного опису геосередовища, зокрема, на питаннях електродинаміки активних середовищ. Підкреслено необхідність зміни парадигмального підходу до вивчення електродинаміки геосередовища — активної (збуджуваної) дисипативної системи, фундаментальною властивістю якої нелінійність — фізична, геометрична та структурна. Важливо, що у такій системі (геосередовищі) існують комплекси нелінійних вза модій як між її підсистемами, так і між фізичними полями. Як доповнення до класичних в роботі до базових моделей механоелектромагнітних трансформацій віднесено перехідне випромінювання (розсіяння) у нестаціонарному геосередовищі. Випромінювання генеру ться полем зарядів у «хвилі» комплексної діелектричної проникності, яка форму ться і пов’язана з поширюваним фронтом збуджень концентрації геофлюїдів на енергетичних потоках із надр Землі. Обговорено можливості використання сейсмоелектромагнітного шуму літосфери з метою визначення її структури та опису геодинамічних процесів у ній. A serіes of problems of generatіon of acoustіc-seіsmіc-magnetіc noіse of lіthospherіc orіgіn, іts spatіal dіfferentіatіon and specіal features of propagatіon are analyzed based on the concept of dynamіcally unstable geo-medіum. Attentіon іs focused on the necessіty of more adequate electro-dynamіc descrіptіon of geo-medіum, іn partіcular, on the problems of actіve medіa electrodynamіcs. Necessіty іs underlіned of changіng paradіgm approach to the study of electrodynamіcs of geo-medіum — the actіve (excіtable) dіssіpatіve system, fundamental property of whіch іs nonlіnearіty of physіcal, geometrіc and structural features. It іs substantіal that іn such a system (geo-medіum) complexes of nonlіnear іnteractіons between both іts sub-systems and physіcal fіelds exіst. In addіtіon to classіcal ones, transіtіon radіatіon (dіspersіon) wіthіn unstable medіum, generated by the fіeld of charges іn the “wave” of complex dіelectrіc permeabіlіty, beіng formed and connected wіth propagatіng front of dіsturbances of geo-fluіds concentratіon on energy flows from the depth of the Earth, are treated іn the work as basіc models of mechano-electromagnetіc transformatіons. Possіbіlіtіes of applіcatіon of seіsmoelectromagnetіc noіse of lіthosphere aіmed at dіagnostіcs of іts structure and geodynamіc processes іn іt are beіng dіscussed. Исходя из концепции динамически неустойчивой геосреды, анализируется ряд вопросов генерации акустосейсмоэлектромагнитного шума литосферного происхождения, его пространственной дифференциации и особенностей распространения. Внимание концентрируется на необходимости более адекватного электродинамического описания геосреды, в частности, на вопросах электродинамики активных сред. Подчеркивается необходимость смены парадигмального подхода к изучению электродинамики геосреды - активной (возбудимой) диссипативной системы, фундаментальным свойством которой является нелинейность: физическая, геометрическая и структурная. Существенно, что в такой системе (геосреде) существуют комплексы нелинейных взаимодействий как между ее подсистемами, так и между физическими полями. В дополнение к классическим, в работе к базовым моделям механоэлектромагнитных трансформаций отнесено переходное излучение (рассеяние) в нестационарной среде, генерируемое полем зарядов в "волне" комплексной диэлектрической проницаемости, формируемой и связанной с распространяющимся фронтом возмущений концентрации геофлюидов на энергетических потоках из недр Земли. Обсуждаются возможности использо-вания сейсмоэлектромагнитного шума литосферы с целью диагностики ее структуры и геодинамических процессов в ней. 2010 Article Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы / В.Н. Шуман // Геофизический журнал. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 101-118. — Бібліогр.: 54 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96497 550.837; 551.14 ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
З огляду на концепцію динамічно нестійкого геосередовища, проаналізовано низку питань генерації акустосейсмоелектромагнітного шуму літосферного походження, його просторової диференціації та особливостей поширення. Увагу зосереджено на необхідності адекватнішого електродинамічного опису геосередовища, зокрема, на питаннях електродинаміки активних середовищ. Підкреслено необхідність зміни парадигмального підходу до вивчення електродинаміки геосередовища — активної (збуджуваної) дисипативної системи, фундаментальною властивістю якої нелінійність — фізична, геометрична та структурна. Важливо, що у такій системі (геосередовищі) існують комплекси нелінійних вза модій як між її підсистемами, так і між фізичними полями.
Як доповнення до класичних в роботі до базових моделей механоелектромагнітних трансформацій віднесено перехідне випромінювання (розсіяння) у нестаціонарному геосередовищі. Випромінювання генеру ться полем зарядів у «хвилі» комплексної діелектричної проникності, яка форму ться і пов’язана з поширюваним фронтом збуджень концентрації геофлюїдів на енергетичних потоках із надр Землі. Обговорено можливості використання сейсмоелектромагнітного шуму літосфери з метою визначення її структури та опису геодинамічних процесів у ній. |
| format |
Article |
| author |
Шуман, В.Н. |
| spellingShingle |
Шуман, В.Н. Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы Геофизический журнал |
| author_facet |
Шуман, В.Н. |
| author_sort |
Шуман, В.Н. |
| title |
Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы |
| title_short |
Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы |
| title_full |
Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы |
| title_fullStr |
Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы |
| title_full_unstemmed |
Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы |
| title_sort |
концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы |
| publisher |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96497 |
| citation_txt |
Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы / В.Н. Шуман // Геофизический журнал. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 101-118. — Бібліогр.: 54 назв. — рос. |
| series |
Геофизический журнал |
| work_keys_str_mv |
AT šumanvn koncepciâdinamičeskineustojčivojgeosredyisejsmoélektromagnitnyjšumlitosfery |
| first_indexed |
2025-07-07T03:43:01Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:43:01Z |
| _version_ |
1836958122950787072 |
| fulltext |
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 101
Введение. Как свидетельствует экспери-
мент, земная кора генерирует сейсмические
колебания в чрезвычайно широком спектре
частот — от сотен герц до ~10–4 Гц. Отно-
сительно низкочастотные волны являются
собственными колебаниями Земли и под-
разделяются на сфероидальные (поляриза-
ция волн Рэлея) и крутильные (поляризация
волн Лява). При этом их спектр (собствен-
ных колебаний) насчитывает несколько ты-
сяч собственных частот [Геншафт, 2009]. На
УДК 550.837; 551.14
Концепция динамически неустойчивой геосреды и
сейсмоэлектромагнитный шум литосферы
Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина
Поступила 14 июня 2010 г.
Представлено членом редколлегии В. И. Старостенко
З огляду на концепцію динамічно нестійкого геосередовища, проаналізовано низку
питань генерації акустосейсмоелектромагнітного шуму літосферного походження, його
просторової диференціації та особливостей поширення. Увагу зосереджено на необхід-
ності адекватнішого електродинамічного опису геосередовища, зокрема, на питаннях
електродинаміки активних середовищ. Підкреслено необхідність зміни парадигмального
підходу до вивчення електродинаміки геосередовища — активної (збуджуваної) дисипа-
тивної системи, фундаментальною властивістю якої � нелінійність — фізична, геометрич-
на та структурна. Важливо, що у такій системі (геосередовищі) існують комплекси нелі-
нійних вза�модій як між її підсистемами, так і між фізичними полями.
Як доповнення до класичних в роботі до базових моделей механоелектромагнітних
трансформацій віднесено перехідне випромінювання (розсіяння) у нестаціонарному гео-
середовищі. Випромінювання генеру�ться полем зарядів у «хвилі» комплексної діелек-
тричної проникності, яка форму�ться і пов’язана з поширюваним фронтом збуджень
концентрації геофлюїдів на енергетичних потоках із надр Землі. Обговорено можливості
використання сейсмоелектромагнітного шуму літосфери з метою визначення її структу-
ри та опису геодинамічних процесів у ній.
A serіes of problems of generatіon of acoustіc-seіsmіc-magnetіc noіse of lіthospherіc orіgіn,
іts spatіal dіfferentіatіon and specіal features of propagatіon are analyzed based on the concept
of dynamіcally unstable geo-medіum. Attentіon іs focused on the necessіty of more adequate
electro-dynamіc descrіptіon of geo-medіum, іn partіcular, on the problems of actіve medіa
electrodynamіcs. Necessіty іs underlіned of changіng paradіgm approach to the study of elec-
trodynamіcs of geo-medіum — the actіve (excіtable) dіssіpatіve system, fundamental property
of whіch іs nonlіnearіty of physіcal, geometrіc and structural features. It іs substantіal that іn
such a system (geo-medіum) complexes of nonlіnear іnteractіons between both іts sub-systems
and physіcal fіelds exіst.
In addіtіon to classіcal ones, transіtіon radіatіon (dіspersіon) wіthіn unstable medіum, gener-
ated by the fіeld of charges іn the “wave” of complex dіelectrіc permeabіlіty, beіng formed and
connected wіth propagatіng front of dіsturbances of geo-fluіds concentratіon on energy flows
from the depth of the Earth, are treated іn the work as basіc models of mechano-electromag-
netіc transformatіons. Possіbіlіtіes of applіcatіon of seіsmoelectromagnetіc noіse of lіthosphere
aіmed at dіagnostіcs of іts structure and geodynamіc processes іn іt are beіng dіscussed.
эти колебания накладываются сейсмические
шумы разной природы — эндогенного и
экзогенного происхождения — в широком
диапазоне частот — от долей герца до ки-
логерц. Структура сейсмического шума су-
щественно неоднородна [Спивак, Кишкина,
2004]. Его характеристики определяются ча-
стотным диапазоном, методом регистрации,
эффектами, связанными с распространением
сейсмических волн в реальной среде, харак-
тером распределения местных источников и
в. н. Шуман
102 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
зависят от резонансных свойств и релакса-
ционных процессов данного массива горных
пород.
Установлено, что даже небольшие по ве-
личине деформации, вызванные лунно-сол-
нечными приливами, приводят к заметным
амплитудным вариациям микросейсмиче-
ских колебаний. При этом отклик микро-
сейсмического поля наблюдается в харак-
терных для конкретного участка земной
коры интервалах [Кишкина, Спивак, 2003;
Адушкин и др., 2008]. Показано, что бари-
ческие вариации разного происхождения
(вариации атмосферного давления) вызы-
вают заметные изменения характеристик
микросейсмических колебаний не только в
длиннопериодной, но и в высокочастотной
области [Адушкин и др., 2008].
Установлено, что земная кора является
также электродинамически активной сре-
дой, способной генерировать электромаг-
нитные возмущения в диапазоне частот от
10–4 до 106 Гц [Гохберг и др., 1985; Сурков,
2000; Гульельми, 2007; Gershenson, Bambakі-
dіs, 2001].
Непрерывное шумовое сейсмическое и
электромагнитное излучение, регистрируе-
мое в геосреде в столь широком диапазоне
частот, свидетельствует об исключительно
высокой энергетической насыщенности ли-
тосферы и указывает на два существенных
обстоятельства.
Первое — мы имеем дело со сложной и
связанной структурной системой.
Второе — процессы, ответственные за
изменчивость параметров в геосреде (от ло-
кальных до региональных), обусловлены, в
основном, эндогенной активностью Земли.
Действие же внешних, экзогенных сил, но-
сит скорее подчиненный, хотя и очень важ-
ный характер [Геншафт, 2009]. Стало оче-
видным, что важные геолого-геофизические
проблемы, в частности механизмы генера-
ции и распространения сейсмического и
электромагнитного шума, концентрируются
в области быстрых процессов изменения
физических параметров геосреды [Гуфельд,
2007]. При этом безосновательно противопо-
ставлять или разграничивать сейсмическую
(акустическую) и электромагнитную со-
ставляющие излучения. Существуют также
весомые основания считать, что описание
сейсмического и электромагнитного про-
цессов невозможно без учета структурных
свойств геосреды [Садовский, 2004. ]
Идеи об активной роли геосреды позволя-
ют по-новому подойти ко многим проблемам
геофизической науки, в частности к про-
блеме генерации сейсмоэлектромагнитного
шума и прогноза сейсмической активности.
Так, на основе анализа экспериментальных
данных предложено получать информацию
о динамике эндогенных процессов в геосре-
де из хаотических высокочастотных вариа-
ций геофизических параметров, которые
прежде отфильтровывались как неинфор-
мативные [Дещерский и др., 2003].
Отметим в этой связи, что последнее де-
сятилетие характеризуется интенсивным
проникновением в геофизическую науку
методов нелинейной динамики. В частности,
получен ряд результатов о динамике гео-
среды [Спивак, Кишкина, 2004], многие ее
аспекты получили адекватную интерпрета-
цию в терминах динамических систем [Ген-
шафт, 2009]. Такие понятия, как регулярные
и хаотические аттракторы, устойчивость,
бифуркация и другие прочно вошли в оби-
ход направления исследований, связанного
с изучением Земли как открытой диссипа-
тивной системы, характерными свойствами
которой являются:
1) диссипативность динамики;
2) компенсация энергетических потерь за
счет действия внешних (эндогенных) источ-
ников;
3) активность составных элементов (бло-
ков), способных генерировать разнообраз-
ные типы сейсмоэлектромагнитных коле-
баний: от простых одиночных импульсов до
хаотических.
Свойства 1—3 являются, как известно,
типичными характеристиками автоколеба-
тельных систем — важнейшего класса си-
стем нелинейной физики [Некоркин, 2008].
Пришло понимание и осознание типично-
сти хаотического поведения нелинейных си-
стем: акцент современной теории автоколе-
баний сместился в сторону изучения все бо-
лее сложных, в частности хаотических, ко-
лебаний. В ее основу положены следующие
динамические принципы [Некоркин, 2008]:
− выделение и исследование структурно
устойчивых систем и явлений, кото-
рые при малых вариациях параметров
в принципиальном плане не меняют
своего поведения;
− анализ структуры разбиения фазового
пространства (пространства состоя-
ний) системы на траектории, включа-
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 103
ющий исследование аттракторов (со-
стояний равновесия, предельных ци-
клов), что позволяет характеризовать
типы поведения системы;
− исследование эволюции колебатель-
ных процессов при изменении кон-
трольных параметров и выявления
би фуркаций (критических точек), оп-
ределяющих принципиальную пере-
стройку этих про цессов, т. е. состоя-
ний, когда любое случайное воздей-
ствие (флуктуация) задает выбор даль-
нейшего пути развития.
Характеристикой бифуркации является
«шум», который может быть трех видов: бе-
лый, коричневый и фликкер-шум [Геншафт,
2009]. Белый шум представляет колебания
одинаковой амплитуды с произвольными
частотами и фазами при нулевом среднем
значении. Коричневый шум — трехмер-
ная сильно коррелирующая последователь-
ность с памятью предшествующих шагов.
Фликкер-шум (шум мерцания, на поведе-
ние системы которого некоторое воздей-
ствие оказывают прошлые события) наибо-
лее распространен в природе. Для фликкер-
шума свойственна степенная асимптотика
спектра (A ~ f
–k), где A — квадратный корень
из амплитуды спектра мощности, f –часто-
та, k–параметр (для «белого» шума k=0),
которая указывает на существование связи
между текущей динамикой системы и про-
шлыми событиями в ней.
Однако, к сожалению, нелинейно-ди на-
мические подходы к анализу геосистем стал-
киваются со значительными трудностями,
связанными с их необычностью, сложно-
стью, в частности с отсутствием во многих
случаях понимания архитектуры блоков и
принципов межблочных взаимодействий.
Следует упомянуть в этой связи явление
индуцированной шумом упорядоченности,
которая возникает при стохастической син-
хронизации (эффект стохастического резо-
нанса). Эффект стохастического резонанса
определяет группу явлений, при которых от-
клик нелинейной системы на слабый внеш-
ний сигнал увеличивается с ростом интен-
сивности шума в системе и представляет
собой фундаментально общее физическое
явление, типичное для нелинейных систем,
в которых с помощью шума можно контро-
лировать один их характерных временных
масштабов системы [Анищенко и др., 1999;
Климонтович, 1999].
В представленном контексте становится
очевидной необходимость более адекватно-
го электродинамического описания геосре-
ды и, в частности, электродинамики актив-
ных сред с самоподобной структурой [Шу-
ман, 2010].
Лабораторные эксперименты. К настоя-
щему времени накоплен обширный экс-
периментальный материал по изучению
электромеханических процессов, связанных
с деформированием и/или разрушением
образцов горных пород. Установлено, что
динамическое деформирование и разруше-
ние твердых тел, как правило, сопровожда-
ется разнообразными, в том числе электро-
магнитными, эффектами [Сурков, 2000]. В
частности, при разрушении относительно
небольших по размеру образцов наблюда-
лись такие эффекты, как генерация элек-
тромагнитных возмущений радиодиапазона,
эмиссия заряженных частиц, рентгеновское
излучение, микроразряды в трещинах. При
этом напряженность электрического поля в
трещинах может достигать 108—109 В/м и
приводить к появлению газоразрядной ми-
кроплазмы [Сурков, 2000].
Эксперименты по ударному сжатию ве-
ществ показали, что на фронте ударной вол-
ны всегда возникает скачок электрического
потенциала, а в магнитных материалах воз-
никают эффекты их ударного размагничи-
вания.
Большое внимание уделялось также сейс-
мическим явлениям, т. е. электромагнитным
процессам, сопутствующим распростране-
нию сейсмических волн [Сурков, 2000; Гу-
льельми, 2007; Gershenson, Bambakіdіs, 2001].
Как показали лабораторные экспери-
менты, электромагнитные сигналы (импуль-
сы) появляются синхронно с акустической
эмиссией разрушаемого образца. В некото-
рых работах отмечается, что электромагнит-
ные сигналы более интенсивны на ранних
стадиях нагружения образца, в то время как
акустическая эмиссия достигает максималь-
ных значений к моменту его полного разру-
шения. При этом спектр электромагнитного
излучения, генерируемого при разрушении
образцов горных пород, достаточно широк
— от 10 Гц до 1 МГц. Максимум его интен-
сивности приходится на диапазон 1—50 кГц
[Сурков, 2000].
На протяжении длительного времени
опыт, идеи и результаты лабораторного мо-
делирования процессов генерации широко
в. н. Шуман
104 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
использовались в постановке электромаг-
нитного мониторинга геосреды и интерпре-
тации его результатов. Однако, к сожале-
нию, этот опыт не приблизил нас к реше-
нию ряда актуальных задач изучения вариа-
ций сейсмоакустической и радиоволновой
эмиссии литосферы [Богданов и др., 2009а,
2009б; Шуман, Богданов, 2008]. В частности,
при этом зачастую не учитывается тот факт,
что электромагнитные поля радиоволнового
диапазона сильно поглощаются в относи-
тельно проводящей геосреде и поэтому не
могут выйти на дневную поверхность из
глубинных ее областей, а в приповерхност-
ных слоях довольно трудно обнаружить до-
статочное количество их источников, чем и
обусловлен скептицизм ряда авторов в отно-
шении его использования при изучении глу-
боко залегающих объектов. Тем не менее,
обширный полевой эксперимент свидетель-
ствует об обратном [Богданов и др., 2003,
2007; Богданов и др., 2009в; Старостенко и
др., 2009]. В итоге стала очевидной недоста-
точность представлений физики и механи-
ки разрушения лабораторных образцов для
анализа процессов его генерации. Геосреда
существует и эволюционирует в простран-
стве и времени в существенно более широ-
ких рамках, чем в любых экспериментах, а
адекватная формализация процесса генера-
ции электромагнитной эмиссии и механи-
ческих вибраций нуждается в качественно
новых моделях, которые позволили бы ана-
лизировать пространственно-временную
структуру поля микросейсмических и элек-
тромагнитных колебаний, регистрируемую
на земной поверхности. Анализу ключевых
аспектов этой проблемы, состоянию теоре-
тических и экспериментальных исследова-
ний в этой области, полученных в последние
годы, посвящен цикл работ, опубликован-
ных в «Геофизическом журнале» [Шуман,
2007, 2008; Богданов, 2008; Богданов, Пав-
лович, 2008; Шуман, Богданов, 2008; Богда-
нов и др., 2009а, б; Старостенко и др., 2009
и др.]. Однако, учитывая многоаспектность
и комплексный ха рактер проблемы, пробе-
лы в понимании про цессов в Земле и труд-
ностей в трактовке изменений ее параметров
во времени, неточность, ограниченность и
расплывчатость пре дставлений механоэлек-
тромагнитных пре образований и условий рас-
пространения воз мущений диктуют необхо-
димость продолжения исследований в этой
области, акцентируя внимание на сопостав-
ление теоретических выводов с результата-
ми полевых наблюдений. Конкретизации ме-
ханизмов ге нерации высокочастотного сейс-
моэлектромагнитного шума, детализации
электродинамической стороны проблемы и
посвятим дальнейшее изложение.
Геосреда и природа электромагнитно-
го шума. В соответствии с классическими
представлениями генерацию электромагнит-
ного шума (импульсного электромагнитного
излучения литосферного происхождения)
обычно связывают с образованием заряжен-
ных дислокаций; трещинообразованием;
на рушением связей адгезионной природы;
электрокинетическими явлениями; релак-
сационными и разрядными процессами;
пьезоэлектрическим эффектом и другими
механизмами разделения зарядов [Сурков,
2000; Мальцев, Моргунов, 2005]. А. В. Гу-
льельми введены представления об инер-
ционном, индукционном, пьезомагнитном
и деформационном механизмах ге нерации
переменного магнитного поля В [Гульель-
ми, 2007]. Предложена модель генерации
и распространения сейсмоэлектрических
сигналов, основанная на агрегационном ме-
ханизме образования микротрещин. Этот
механизм связан с образованием зарядов
и формированием разрядного процесса в
полостях микротрещин [Неновски, Бойчев,
2004]. Однако сильное поглощение микро-
сейсмических, а особенно электромагнит-
ных волн радиоволнового диапазона в зем-
ной коре порождает известные проблемы:
для трассы распространения с удельной
проводимостью s ≈ 10−1¼10−3 см/м на часто-
тах 104–106 Гц коэффициент затухания пре-
вышает 102–103 Дб/км [Гохберг и др., 1979].
В результате электромагнитные возмущения
этого частотного диапазона с точки зрения
классической электродинамики не могут
выйти к поверхности Земли из областей ге-
нерации, глубина погружения которых пре-
вышает мощность скин-слоя (100—150 м).
Ясно, что в этом случае на передний план
выступают неустойчивые системы и возбу-
димые среды, демонстрирующие большое
разнообразие типов поведения и самоорга-
низации.
Очевидно, в рамках таких представлений
природная среда, стремящаяся к самоорга-
низации, нуждается в новых моделях опи-
сания, которые бы позволили анализировать
диссипацию поступающей в нее из земных
недр энергии, релаксацию локальных напря-
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 105
жений, стационарные режимы деформиро-
вания, вопросы генерации сейсмоэлектро-
магнитных возмущений и их распростране-
ния. В частности, в сейсмологии получила
известность концепция самоорганизации
статистических систем в критическом состо-
янии — SOC (Self-Organіzed Crіtіcalіty [Bak,
Tang, 1989]). Для развития работ этого цикла
в качестве ее обобщения недавно предложе-
на более совершенная модель структурной
организации сейсмогенерирующей среды,
более полно учитывающая некоторые новые
представления о самоподобной эволюции
материала земной коры в условиях неравно-
весного состояния — модель самоподобной
сейсмогенерирующей структуры (ССС), об-
ладающая достаточно развитым математиче-
ским аппаратом [Стаховский, 2007].
Наиболее близка к модели ССС блочно-
иерархическая модель М. А. Садовского и
В. Ф. Писаренко [Садовский, Писаренко,
1991]. Однако, по мнению И. Р. Стаховско-
го, эта модель уступает модели ССС в сте-
пени математической формализации про-
цессов эволюции материала земной коры,
хотя последнее утверждение и является
спорным. В этой связи достаточно упомя-
нуть работы В. А. Даниленко и других, в
которых приведены уравнения движения
сред иерархической структуры, учитываю-
щие как блочно-иерархическую структуру
геосреды, так и волновые процессы в самих
блоках [Даниленко, 1992]. Напомним, что са-
моорганизация сейсмогенерирующей среды
выражается в появлении в ней масштабно-
инвариантной структуры, вызванной не-
равновесным состоянием земной коры под
непрерывным воздействием тектонических
напряжений [Стаховский, 2007]. Разумеется,
в рамках упомянутых выше моделей геосре-
ды вопросы генерации электромагнитного
шума не рассматривались.
Что же в действительности представляет
собой геофизическая среда? Это несплош-
ная, неоднородная, нелинейная диссипатив-
ная система, отличительными признаками
которой являются необратимые изменения
во времени, фрактальность, недетермини-
рованность поведения после прохождения
критической точки (бифуркации), волно-
вая и резонансная природа всех процессов,
самоорганизация (хаотический порядок),
большая, а иногда и определяющая роль ма-
лых возмущений [Геншафт, 2009].
Как известно, диссипативные системы
(или структуры) обладают выраженной осо-
бенностью сильных изменений под действи-
ем слабых воздействий. Геосреда энергети-
чески насыщенна, т.е. находится в неравно-
весном состоянии. Ее физико-химические
параметры непрерывно меняются не только
в пространстве, но и во времени. При этом
изменения параметров геосреды могут быть
очень быстрыми [Гуфельд, 2007].
Какова же природа быстрой изменчиво-
сти параметров геосреды, в частности из-
менчивости ее объемно-напряженного со-
стояния? Как уже упоминалось, геосреда не-
прерывно подвергается действию разномас-
штабных внутренних и внешних сил. При
этом под внешними силами подразумевается
эволюция приливных деформаций в систе-
ме Земля—Луна—Солнце, а под внутренни-
ми — широкий спектр физико-химических
процессов в системе ядро—мантия—лито-
сфера, включая эффекты взаимодействия
восходящих флюидных потоков (в частно-
сти, потоков легких газов — водорода, гелия
и др.) с твердой фазой литосферы [Гуфельд,
2007].
Как известно, глубинный флюид пред-
ставляет собой сложную открытую энер-
гетически концентрированную динамиче-
скую систему, постоянно меняющую свои
свойства и состав. Скорость перемещения
флюида зависит от энергетических особен-
ностей системы и внешних условий. Пола-
гают, что выше границы Мохо легкие газы
растворены во флюиде и твердой фазе. Их
восходящий поток обусловлен градиентами
напряжений и температуры и происходит
по каналу твердое тело—флюид—твердое
тело. Ниже этой границы поток легких га-
зов может осуществляться только через
твердую фазу за счет диффузии [Гуфельд,
2007]. Из-за высокой подвижности легких
газов происходит увеличение объема эле-
ментарной решетки. В итоге в условиях вза-
имодействия с непрерывным и переменным
потоком восходящих легких газов твердая
фаза геосреды будет испытывать макро-
скопические деформационные эффекты,
аналогичные радиационной ползучести и
распуханию. При этом меняются объемы
различных элементов (блоков) среды, что
приводит к несинхронным вариациям ее
объемно-напряженного состояния.
И. Л. Гуфельд рассматривает три основ-
ных процесса, обуславливающих неустой-
чивость литосферы при прохождении через
в. н. Шуман
106 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
нее легких газов: формирование пористости
с высоким внутренним давлением газов,
междоузельная диффузия, фазовые пере-
ходы по высокотемпературному типу в при-
сутствии гелия [Гуфельд, 2007].
Существенно, что эти процессы сопро-
вождаются потерей электронейтральности
и, следовательно, изменением во времени
электромагнитных параметров геосреды.
Эти же представления положены И. Л. Гу-
фельдом в основу физико-химической моде-
ли сейсмичности (концепция динамической
неустойчивой среды) [Гуфельд, 2007]. При
этом сейсмический процесс реализуется
преимущественно вдоль границ блоков, где
наблюдается наиболее активная циркуля-
ция флюидной фазы и возможно непосред-
ственное поступление газовых компонент
из мантии Земли. При этом активизация вы-
сокочастотного сейсмического шума явля-
ется, по мнению И. Л. Гуфельда, основным
следствием пространственно-временной им-
пульсной дегазации, контролирующей сейс-
мотектонический процесс.
Заметим, что взаимодействие флюидных
потоков и тектонического деформирования
сопровождается нелинейными процессами,
причем участие флюидов служит основным
фактором, определяющим нелинейность.
При этом механизм самоорганизации (хао-
тический порядок) реализуется посредством
«взаимного возбуждения»: флюидные пото-
ки активизируют тектонические процессы,
а последние приводят к усилению миграции
флюидов, причем инициирующим может
быть любой из них [Гуфельд, 2007]. Такая
энергетическая подкачка геосреды способ-
ствует формированию активных систем, ха-
рактеризующихся нелинейной динамикой
комплекса физических полей и автоволно-
выми механизмами переноса флюидов
[Дмит риевский, 2008]. На энергетических
потоках в таких системах возможно возник-
новение статических, пульсирующих или
бегущих областей концентрации флюида,
которые получили название автоволн, под-
черкивая, таким образом, тот факт, что их
характеристики (форма, скорость распро-
странения и др.) определяются, в основном,
параметрами среды. Автоволны взаимодей-
ствуют между собой: в итоге «выживает»
наиболее устойчивая, геометрически про-
стая конфигурация со стоячими волнами.
Очевидно, электродинамика такой само-
подобной самоорганизующейся структуры
(геосреды) оказывается тесно связанной с
ее механикой, флюидодинамикой и термо-
динамикой. В итоге при описании взаимо-
связанных механических, тепловых, диф-
фузионных и электромагнитных процессов
в геосреде основными являются уравнения
баланса энергии, количества движения, эн-
тропии, заряда, массы и уравнения Мак-
свелла.
Имеются ли прямые экспериментальные
свидетельства в пользу обоснования пред-
ложенной И. Л. Гуфельдом концепции дина-
мически неустойчивой геосреды? Очевидно,
да: при имплантации в образцы горных по-
род водорода и гелия в концентрациях, соот-
ветствующих реальной в литосфере Земли,
деформации достигают величин 0,01—0,06,
которые значительно превышают значения
предельных разрушающих деформаций в
ней — 0,0001 [Гуфельд, 2007]. Следовательно,
можно ожидать, что в ряде случаев предель-
ные деформации могут быть достигнуты при
весьма небольших вариациях восходящих
потоков водорода и гелия. Кроме того, ва-
куумирование образцов кварцита приводит
к его деформации примерно на 0,5 %. Таким
образом, динамические явления и вариации
параметров геосреды в принципе могут рас-
сматриваться на основе представлений о ре-
акции блочной геосреды на восходящие по-
токи легких газов.
О механизмах генерации и распростра-
нения электромагнитного шума. Сосредо-
точим далее внимание на электродинами-
ческой стороне проблемы. Как вытекает из
приведенных выше соображений, неравно-
весность, нелинейность, неустойчивость
ре альной структуры геосреды — основные
предпосылки или исходные принципы, на
которых должна строиться теория спонтан-
ной электромагнитной эмиссии литосферы
[Шуман, 2010].
Как известно, нелинейные диссипатив-
ные системы обладают особенностью доста-
точно сильных изменений под действием
очень слабых воздействий. При этом вос-
ходящие потоки легких газов могут высту-
пать в качестве основного фактора, кон-
тролирующего текущую неустойчивость
литосферы и стимулирующего обмен энер-
гий между отдельными элементами или под-
системами геосреды. Изменение структуры
напряженно-деформированного состояния
и механических свойств (в частности, про-
ницаемости) разломных зон в результате де-
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 107
формаций, вызванных блоковыми движени-
ями, в свою очередь определяют вариации
флюидодинамического режима, тепловых и
эманационных потоков из недр, режима ре-
лаксационных процессов, а также условия
разделения электрических зарядов и нару-
шения токовых систем [Спивак и др., 2009].
Как уже упоминалось, распространение
фронта концентрации флюида в геосреде
по своей сути является автоволновым, в ре-
зультате чего система переходит из одного
состояния в качественно иное [Дмитриев-
ский, 2008; Дмитриевский, Володин, 2008]. В
частности, в стандартной постановке задачи
используемая система уравнений допускает
стационарное автоволновое решение в виде
распространяющегося фронта концентра-
ции флюида [Дмитриевский, Володин, 2008].
Очевидно, этот процесс сопровождается
потерей электронейтральности среды и из-
менением во времени ее физических (в том
числе электромагнитных) свойств за счет
образования, раскрытия и закрытия тре-
щин, изменения структуры порового про-
странства, перераспределением в нем флю-
ида, изменения порового давления в порах и
трещинах и, как следствие, изменение элек-
тропроводности и диэлектрической прони-
цаемости среды. В итоге с фронтом концен-
трации флюида может быть связано форми-
рование и распространение фронта волны
(автоволны) комплексной диэлектрической
проницаемости или, точнее, волны тензора
комплексной диэлектрической проницаемо-
сти с учетом неоднородности и трехмерного
характера структуры.
Как известно [Гинзбург, Цытович, 1984],
переходный процесс в нестационарной сре-
де называется переходным рассеиванием,
а излучение заряда может быть связано не
только с его ускорением, но и с изменени-
ем во времени фазовой скорости распро-
странения электромагнитной волны в окру-
жающей среде. С этой точки зрения любое
переходное излучение (рассеяние) можно
рассматривать как процесс рассеивания
(трансформации) возмущения или импульса
волны комплексной проницаемости, связан-
ной с распространяющимся фронтом кон-
центрации флюида, с образованием элек-
тромагнитных, а в принципе — и других
волн [Гинзбург, Цытович, 1984].
Иначе говоря, в этом случае «волна» тен-
зора комплексной диэлектрической прони-
цаемости (которая, в принципе, может быть
как стоячей, так и бегущей) как бы рассеи-
вается на неподвижных или движущихся за-
рядах, сгустках зарядов или диполей, нахо-
дящихся в среде, порождая электромагнит-
ное (переходное) излучение. При этом, если
энергия физических полей не превышает
некоторый критический уровень, возникает
генерация электромагнитно-акустических
возбуждений в диапазонах кГц–Гц, наблю-
даемых в эксперименте [Дмитриевский, Во-
лодин, 2006].
Это рассеяние, очевидно, коренным об-
разом отличается от обычного, связанного
с колебаниями частицы в поле падающей
волны. Его изучению посвящена обширная
литература [Гинзбург, Цытович, 1984]. В
большинстве опубликованных работ этого
направления обычно изучается частотный
спектр и угловое распределение переход-
ного излучения (рассеяния). В частности,
показано, что оно сосредоточено в некото-
ром «конусе», зависящем от угла излучения
между волновым вектором k и скоростью
V заряда. При этом роль скорости заряда V
играет скорость, с которой движется фронт
волны диэлектрической проницаемости
[Гинзбург, Цытович, 1984]. Существенно,
что параметры «конуса излучения» практи-
чески не зависят от электромагнитных ха-
рактеристик среды распространения, что, в
принципе, и демонстрирует полевой экспе-
римент [Шуман, Богданов, 2008].
Однако в задачах о переходном излуче-
нии (рассеянии) правомерна и другая по-
становка вопроса: как ведет себя это элек-
тромагнитное поле в выбранной точке про-
странства и в заданный момент времени
[Болотовский, Серов, 2009]. Вопрос актуален
в связи с тем обстоятельством, что в этом
электромагнитном поле присутствуют не
только излучаемые поля (волны), но и неиз-
лучаемые поля, связанные с движущимися
или неподвижными зарядами (так называе-
мые «собственные поля»). Иначе говоря, в
реальном эксперименте следует различать
две его компоненты, два типа слагаемых —
излучаемые и неизлучаемые поля (свобод-
ные и связанные поля).
Как известно, свойства этих частей еди-
ного переходного излучения (рассеяния)
существенно различаются между собой. Из-
лучаемое (бегущее, распространяющееся)
поле может существовать без источника,
его породившего, в то время как связанное
(ближнее квазистационарное) поле полно-
в. н. Шуман
108 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
стью связано с источником. Существенно,
что характерный масштаб распространяю-
щихся волн порядка длины волны в среде
распространения, а у ближнего квазистаци-
онарного поля этот масштаб может быть по-
рядка расстояния от источника до поверхно-
сти (границы раздела «земля—воздух»), на
которой выполняются измерения. При этом
процессы механоэлектромагнитных преоб-
разований преимущественно реализуются
вдоль границ блоков и ослабленных зон, где
происходит наиболее активная циркуляция
флюидной фазы.
Уравнение генерации. Как уже упомина-
лось, при рассмотрении процессов генера-
ции и распространения шумового сейсми-
ческого и электромагнитного излучений на
передний план выступают открытые, дисси-
пативные системы и активные (возбудимые)
среды, демонстрирующие большое разно-
образие типов динамического поведения и
самоорганизации. Общей теории таких сред
и процессов в них, как известно, не суще-
ствует и каждый подробно исследованный
пример, как правило, демонстрирует новые
типы их динамического поведения и само-
организации [Давыдов и др., 1991].
Общепринятым описанием возникно-
ве ния и эволюции пространственно-вре-
менных структур в возбудимых (активных)
средах являются многокомпонентные систе-
мы уравнений типа «реакция—диффузия»
[Давыдов и др., 1991; Шмидт, 2007]:
( ) ( )UFU
x
U
xt
U
+
∂
∂
a
∂
∂
=
∂
∂
, (1)
где a(U) — коэффициент диффузии.
С учетом универсального характера дан-
ного обстоятельства в работе [Шуман, 2007]
предложено обобщенное нелинейное урав-
нение генерации переменного магнитного
поля В:
( )2i
ij j i
B
B F
t
∂
= a ∇ +
∂
B , (2)
где Вi — компонента магнитной индукции;
aij=c2/4psij — матрица диффузии; Fi(B) — не-
линейная функция, определяемая динамич-
ностью процессов взаимодействия геосреды
с восходящими потоками легких газов и эк-
зотермических реакций и, в конечном счете,
разнообразием механизмов механоэлектро-
магнитных преобразований. При этом ха-
рактеристики электромагнитных возмуще-
ний (импульсов или автоволн) определяются
параметрами среды.
Как свидетельствует опыт описания ак-
тивных сред, основные закономерности
образования автоволновых структур могут
быть воспроизведены уже в рамках двух-
трехкомпонентной системы [Давыдов и др.,
1991], которую, с учетом (2), в простейшем
случае можно записать в форме
( )2 ,i
ij j i
B
B F
t
∂
= a ∇ +
∂
B G ,
( )2 ,i
ij j i
G
G P
t
∂
= b ∇ + e
∂
B G , (3)
где функция G определяет интенсивность
динамических источников в геосреде. Функ-
ция Pi(B, G), в принципе, может быть моно-
тонной или даже линейной [Давыдов и
др., 1991], в то время, как функция Fi(B, G)
обычно задается полиномами или кусочно-
линейными функциями. Предельный случай
— когда e=0 соответствует однокомпонент-
ной системе.
Уравнения (3) представляют собой доста-
точно сложную систему нелинейных урав-
нений в частных производных второго по-
рядка. Обзор возможных путей и методов ее
решения, а также анализ особенностей этой
системы приведен в статье [Цифра, Шуман,
2010]. В частности, с целью упрощения ана-
лиза уравнения (2) в этой работе предлага-
ется использовать его симметрию. Симме-
трийный метод позволяет свести это уравне-
ние или систему (3) в частных производных
параболического типа к изучению системы
обыкновенных дифференциальных уравне-
ний. С этой целью может быть использован
как классический теоретико-групповой под-
ход, так и его обобщение — метод условной
инвариантности.
Рассмотрим несколько примеров, кон-
кретизируя вид функции F(B). Полагая, что
t∂
∂
×∇a=
VBF )( ,
где V — скорость перемещения горных по-
род, a — коэффициент механомагнитной
трансформации, приходим к известному
уравнению генерации переменного магнит-
ного поля:
2
2
4
c
t t
∂ ∂
= a× + ∇
∂ ∂ ps
B V B , (4)
описывающему так называемый инерци-
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 109
онный механизм генерации B [Гульельми,
2007]. Видно, что источниками поля B в дан-
ном случае служат вихревые линии поля
ускорений t∂∂= /VA .
Задавая же F(B) в форме
( )0)( BVBF ××∇= ,
где В0 — главное геомагнитное поле, про-
цесс генерации опишем в виде уравнения
( )
2
2
0 4
c
t
∂
= ∇× × + ∇
∂ ps
B V B B , (5)
совпадающего с одним из линеаризованных
уравнений магнитной гидродинамики [Гу-
льельми, 2007]. Сущность этого механизма,
называемого индукционным, состоит в том,
что движение проводящей геосреды (для
простоты геосреда считается однородной)
в постоянном магнитном поле земного ядра
индуцирует токи, возбуждающие перемен-
ное поле B.
Можно попытаться учесть другие основ-
ные элементы механики геосреды — ско-
рость, ускорение, деформацию и напряже-
ние, и записать более общее уравнение ге-
нерации в виде [Гульельми, 2007]
( ) ( ) ( )
2
2, , ,
4
B ct t t
t
∂
= ∇ +∇×
∂ ps
x B x c x , (6)
где
0 0t
∂
= a + × +bθ +∇×
∂
Vc V B E M ,
U∇=θ , ( )t,xU — поле смещений,
ln∂ s
b =
∂θ
; ( )1 2 0i ij ij jM P P B= g d + g
.
Для простоты предполагается, что проводи-
мость среды s, параметры механомагнитной
трансформации a, b, g1 и g2, а также сторон-
ние поля E0 и В0 однородно распределены в
пространстве и не зависят от времени t.
Уравнение (6) учитывает, в принципе,
основные элементы механики геосреды и,
соответственно, указанные ранее четыре
механизма генерации — инерционный, ин-
дукционный, пьезомагнитный и деформа-
ционный — и позволяет выполнить сравни-
тельный анализ их эффективности [Гульель-
ми, 2007].
Очевидно, эти результаты действительны
лишь для диапазона частот, в котором скин-
глубина в геосреде достаточно велика и, со-
ответственно, эти возмущения могут выйти
на поверхность из области их генерации.
Однако они не объясняют механизм даль-
него распространения и выхода на дневную
поверхность излучения на частотах в десят-
ки и сотни кГц, регистрируемого экспери-
ментально.
Акцентируя внимание на данном аспекте
проблемы, в отличие от классического под-
хода, в данной работе к базовым моделям ме-
ханоэлектромагнитных трансформаций от-
несено переходное излучение (рассеяние) в
нестационарной геосреде, генерируемое по-
лем зарядов в «волне» тензора комплексной
диэлектрической проницаемости, форми-
руемой и связанной с распространяющим-
ся фронтом возмущений концентрации гео-
флюидов на энергетических потоках из недр
Земли. В этом случае, как уже отмечалось,
волна (импульс) тензора комплексной диэ-
лектрической проницаемости (бегущая или
стоячая) рассеивается на неподвижных или
движущихся зарядах в среде, порождая пе-
реходное электромагнитное излучение. При
этом происходит взаимодействие между
импульсами возмущений тензора комплекс-
ной диэлектрической проницаемости, свя-
занной с распространяющимися фронтами
концентрации флюида, и электромагнитно-
го поля. Можно думать, что в этом случае,
исходя из предложенной И. Л. Гуфельдом
концепции динамически неустойчивой гео-
среды, ориентированной первоначально на
объяснение сейсмичности разного ранга, по-
является возможность описания и электро-
магнитного шума литосферы в рассматри-
ваемом килогерцовом диапазоне частот,
включая и проблему его выхода на дневную
поверхность из областей генерации, глуби-
на залегания которых превышает мощность
скин-слоя на этих частотах. Во всяком слу-
чае, противопоставлять или разграничивать
сейсмоакустическую и электромагнитную
со ставляющие излучения представляется
без основательным, а упоминавшиеся ранее
проблемы и затруднения на этом пути были,
очевидно, обусловлены отсутствием адекват-
ных представлений о геосреде как открытой
диссипативной системе и сложностью пони-
мания физики процессов быстрых времен-
ных изменений ее параметров.
Проблематичность применения класси-
ческих подходов к описанию процесса ге-
нерации и распространения электромагнит-
ного шума рассматриваемого частотного
диа пазона здесь просматривается особенно
в. н. Шуман
110 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
рельефно. В частности, в рассматриваемом
случае необходимо предположить, что плот-
ность наведенного в геосреде тока определя-
ется не только напряженностью электриче-
ского поля в рассматриваемой точке среды,
но и тем, как быстро оно изменяется в ее
окрестности. Тогда в рассматриваемой ани-
зотропной структуре (геосреде) обобщен-
ный закон Ома в дифференциальной форме
примет следующий вид [Бредов и др., 1985]:
x
x
E
J E
x
b
a ab b ab
∂
= s + ζ
∂
, (7)
где по повторяющимся индексам произво-
дится суммирование от 1 до 3.
Соответственно, система уравнений Мак-
свелла примет следующий вид:
( ) 4
xx
H
J
x c
b
ab a
a
∂ p
∇× = =
∂
H ,
( ) 1x x
xx
E B
E
x c tab
a
∂ ∂
∇× = = −
∂ ∂
, (8)
где xab — единичный антисимметричный
тензор III ранга,
1231321123 === ,
1132321213 −=== ,
все остальные xab , у которых хотя бы два
индекса одинаковы, равны нулю. Ясно, что
в этом случае не удается выписать обобщен-
ное уравнение генерации способом, анало-
гичным [Левшенко, 1995; Гульельми, 1995].
Классическая электродинамика матери-
альных сред и электродинамика геосреды.
Как известно, при анализе взаимодействия
электромагнитного излучения с матери-
альной средой исходной является система
уравнений Максвелла для электромагнит-
ного поля в этой среде, которая следует не-
посредственно после усреднения по стати-
стическому ансамблю микроскопических
уравнений Максвелла, справедливых всегда,
когда справедлива сама классическая теория
электромагнитного поля [Ландау, Лившиц,
1959; Бредов и др., 1985]:
tc ∂
∂
−=
BE 1rot ,
( )ext
41rot JJEB +
p
+
∂
∂
=
ctc
, (9)
0div =B ; ( )ext4div r+rp=E ,
где E — напряженность макроскопического
электрического поля, В — вектор магнитной
индукции, J и r описывают реакцию веще-
ства на электромагнитное поле, а Jext и rext
— сторонние токи и заряды, не зависящие
от E и В (плотность тока и плотность заряда
внешних источников).
Название «сторонние» означает, что ди-
намика процессов не влияет на какие-либо
их характеристики, которые могут быть
обусловлены и неэлектромагнитными про-
цессами, тогда как индуцированные токи и
заряды в общем случае являются функцио-
налами напряженностей полей, которые, в
свою очередь, определяются суммой ин-
дуцированных и сторонних токов и заря-
дов. Сторонние и индуцированные токи и
заряды по отдельности, а также их сумма
связаны соответствующими уравнениями
непрерывности. Физический смысл напря-
женности электрического поля E и магнит-
ной индукции В, входящие в уравнения (9),
однозначно определяются выражением для
силы Лоренца, действующей на пробный
элементарный заряд q, движущийся со ско-
ростью V:
×+= BVEF
c
q 1
. (10)
Усреднение по физически малым объе-
мам и промежуткам времени адекватно про-
цедуре измерения полей макроскопическим
прибором, так как такой прибор (из-за ко-
нечных размеров датчиков и их энерцион-
ности) производит усреднение в процессе
измерения.
Усредненные по ансамблю уравнения
Максвелла и следствия из них и являются
предметом изучения электродинамики сред.
Легко видеть, что система (9) не является
замкнутой, так как подразумевается, что ве-
личины J и r зависят от векторов поля E и
B, но вид этой связи (материальные уравне-
ния) не конкретизируется и не используется
[Ландау, Лившиц, 1959; Бредов и др., 1985].
Обычно при анализе системы уравнений (9)
ток J представляют в виде суммы двух со-
ставляющих:
MPJ rotc
t
+
∂
∂
= ,
вводят векторы индукции электрического
поля D и напряженность магнитного поля H:
PED p+= 4 , MBH p−= 4 ,
где P и M — макроскопические плотности
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 111
электрического и магнитного дипольных мо-
ментов среды. Смысл этих векторов заклю-
чается в том, что они учитывают наведен-
ные в среде заряды и токи. В этом случае си-
стема уравнений Максвелла (9) примет вид
tc ∂
∂
−=
BE 1rot ,
ext
4 1rot
c c t
′p ∂
= +
∂
DH J ,
0div =В , extdiv 4′ = prD . (11)
Система (11) содержит четыре вектора: E,
B, D и H. Поэтому она также не замкнута и
ее следует дополнить уравнениями, устанав-
ливающими связи между этими четырьмя
векторами поля. Напомним, что уравнения
связей, в отличие от системы (11), не носят
универсального характера и определяются
конкретными свойствами рассматриваемой
среды. В большинстве случаев эти связи
предполагаются линейными. Наиболее об-
щая форма линейных материальных урав-
нений, связывающих вектор D с вектором
E и В с H, есть интегральное тензорное со-
отношение вида [Агранович, Гинзбург, 1979]
( ) ( ) ( ), , ; , ,
t
D t dt dv t t E r ta ab b
−∞
′ ′ ′ ′ ′ ′= e∫ ∫r r r , (12)
где eab — некоторая действительная тензор-
ная функция (функция отклика). Тензорный
характер функции отклика eab отражает
анизотропию свойств среды: в анизотроп-
ных средах направление векторов D и E мо-
гут не совпадать, а в этом случае eab является
тензором второго ранга. В изотропных сре-
дах D и E (В и H) коллинеарны и тензор eab
пропорционален единичному тензору dab.
В случае медленно изменяющихся в про-
странстве и времени полей оператор eab (или
mab) может свестись просто к умножению
величины E и H на некоторую алгебраиче-
скую величину, т. е.
= eD E , = mB H , = sj E . (13)
Плотность наведенного в среде тока мо-
жет, вообще говоря, определяться не только
напряженностью электрического поля в рас-
сматриваемой точке, но и тем, как быстро
оно изменяется от точки к точке. В этом слу-
чае связь между током и напряженностью
электрического поля имеет вид (7) [Бредов
и др., 1985].
На поверхностях раздела сред, где ее
свойства меняются скачком, дифференци-
альные уравнения (11) теряют силу и долж-
ны быть заменены соответствующими гра-
ничными условиями для векторов поля (для
тангенциальных — индекс t и нормальных к
границе раздела компонент полей):
2 1 2 1 ext, 4n n n nB B D D= − = ps ,
ext42 1 , 1 2 vic
p
t = t t − t =E E H H , (14)
где ext
vi и sext — плотности стороннего по-
верхностного тока и стороннего поверх-
ностного заряда соответственно.
Заметим, что согласно внутренней логике
электродинамики, вначале идут уравнения
Максвелла, затем материальные уравнения
и только потом граничные условия, выра-
жения для энергии и т.д., которые являются
следствием уравнений Максвелла и матери-
альных уравнений и поэтому могут изме-
няться при изменении последних. Поэтому
было бы ошибочным рассматривать гранич-
ные условия и материальные уравнения не-
зависимо друг от друга [Ландау, Лившиц,
1959; Голубков, Макаров,1995].
Теперь снова обратимся к вопросу о фи-
зическом смысле полей, появляющихся в
уравнениях Максвелла (9) — (11). Соглас-
но (10), поля E и B, стоящие в уравнениях
Максвелла, определяются без решения этих
уравнений, рассматривая лишь движение
пробной заряженной частицы в вакууме
(постулат Розенфельда). Следовательно, по
крайней мере в вакууме, мы имеем незави-
симое определение полей E и B. Однако в
случае конденсированных сред это опреде-
ление становится проблематичным: любая
заряженная частица, движущаяся через
такую среду, неизбежно испытывает влия-
ние этой среды и описание этого влияния
не сводится к подстановке в выражение для
силы Лоренца (10) макроскопических полей.
Пробная частица поляризует окружающую
среду, что приводит к дополнительной силе.
Очевидно, для использования постулата
Розенфельда необходимо знать явный вид
этой силы, которая, в свою очередь, зависит
от вида материальных уравнений. В итоге
мы оказываемся в замкнутом круге: опре-
деление полей посредством силы Лоренца
возможно только после определения полей
[Виноградов, 2002]. Согласно [Виноградов,
2002] возможен другой способ определения
полей E(D) и B(H), связанный с определени-
ем граничных условий (метод полости): поле
в. н. Шуман
112 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
внутри полости в среде равно E(H), если по-
лость вытянута вдоль силовых линий. Если
же полость сплюснута, то поле в ней равно
D(B). Этот факт — следствие обычных мак-
свелловских граничных условий (непрерыв-
ность тангенциальных составляющих полей
E и H ). В итоге, если предположить, что эти
граничные условия имеют силу, получим ме-
тод измерения всех полей. Следовательно,
задание граничных условий является необ-
ходимым и достаточным условием решения
рассматриваемой проблемы. В свою оче-
редь, законность максвелловских граничных
условий может быть доказана только экспе-
риментально или с помощью микроскопиче-
ской теории, описывающей структуру при-
поверхностного переходного слоя [Виногра-
дов, 2002].
Обратим внимание на важное обстоятель-
ство: максвелловские граничные условия не
являются следствием интегральной формы
уравнений Максвелла. В то же время ис-
пользование каких-либо граничных условий
означает, что тем самым определяется метод
измерения полей внутри среды, а заодно и
физический смысл полей E и H [Виноградов,
2002]. Соотношения (9) — (14) и составляют
фундамент классической электродинами-
ки материальных сред. При этом решение
уравнений Максвелла в материальных сре-
дах характеризуется исключительным раз-
нообразием, что обусловлено разнообрази-
ем самих сред [Бредов и др., 1985].
Одной из важных задач электродинами-
ки сред — исследование распространения в
них плоских монохроматических волн, ха-
рактеризующихся определенными значени-
ями круговой частоты w и волнового векто-
ра k. Нормальные электромагнитные волны
— это все пропорциональные множителю
( )exp i t−w kr решения однородных уравне-
ний Максвелла (11) с
ext 0=J , extr 0= ,
где
( )
0
i te −w= krE E , ( )
0
i tH e −w= krH …
Волны такого типа с одним значением w и
k могут быть решениями (11) лишь в том
случае, если вектор D(w, k) связан только с
E(w, k) при одних и тех же w и k. Это и имеет
место в случае справедливости связи
( ) ( )kkk ,,),( wwe=w jiji ED ,
т. е. тогда, когда имеется возможность вве-
дения тензора eij(w, k) [Агранович, Гинзбург,
1979].
Как известно, нормальные волны, кото-
рые могут распространяться в рассматрива-
емой среде, достаточно полно характеризу-
ют ее электромагнитные свойства. Послед-
нее обстоятельство имеет принципиальное
значение. Однако в задачах с граничными
условиями естественным образом появля-
ются неоднородные волны, когда kkk ′′+′= i .
В этом случае направление k′ определяется
законом преломления, а k″ направлен по
нормали к границе раздела. Но, как оказа-
лось [Агранович, Гинзбург, 1979], исполь-
зование неоднородных волн, необходимое
при решении граничных задач электроди-
намики, не представляет особый интерес с
точки зрения изучения физических свойств
самой материальной среды уже на удалении
от границы раздела порядка h<<l, где l —
длина волны в среде [Агранович, Гинзбург,
1979]. Поэтому с этой целью обычно исполь-
зуют только однородные волны с
( )i′ ′′= +k k k S , 1S = .
Отметим в этой связи важную методи-
ческую деталь. Как известно, геосреда —
очень специфический объект исследований.
Неоднородности разного ранга составляют
саму ее сущность и должны рассматривать-
ся не как отклонение от некоторой нормы,
а как сама норма. Но, как тоже известно, в
существенно неоднородной среде нет рас-
пространяющихся волн рассматриваемого
типа — волны являются стоячими [Раути-
ан, 2008]. Иначе говоря, геометрия волны в
данном случае задается особенностями сре-
ды — ее проницаемостями e(w, r), m(w, r) и
проводимостью s(w, r). Ясно, что она может
быть определена лишь по формулам для ре-
шений уравнений Максвелла и тем самым
оказывается следствием особенностей ис-
следуемой среды. Однако и такой подход
оказывается не всегда приемлемым и адек-
ватным при описании геосреды — активной
открытой диссипативной системы, состоя-
щей из множества различных по размерам
блоков, перемещающихся как единое целое
и взаимодействующих в процессе переме-
щения. Как известно, принципиально важ-
ными свойствами открытых систем является
их иерархичность (фрактальность) и волно-
вая природа [Геншафт, 2009]. При этом роль
начального возбуждения играет энергия ни-
зов литосферы.
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 113
Казалось бы, с тех пор, как неравновесная
физика ввела представление о самоподоб-
ных диссипативных структурах, отсутству-
ющих в равновесных системах, а геофизика
— о геосреде, для которой можно установить
пространственно-временную иерар хичность
состава, структуры и процессов, автомати-
чески должен был появиться интерес к по-
строению некоего теоретического аппарата
и соответствующей системы физических
представлений для описания электродина-
мических процессов в ней. Но, к сожалению,
здесь геоэлектрика обнаружила внушитель-
ные силы инерции, затрудняющие ее инте-
грацию с геологией и геомеханикой, хотя
трудности реализации этой идеи очевидны.
В сложноструктурированной геосреде — ак-
тивной системе — существуют комплексы
нелинейных взаимодействий между физи-
ческими полями и ее подсистемами. В ре-
зультате электродинамика такой самоподоб-
ной сейсмоэлектромагнитогенерирующей
структуры оказывается тесно связанной с
ее механикой и флюидодинамикой [Шуман,
2010]. Очевидно, по этой причине в литера-
туре, в основном, используются лишь те или
иные подходы для сведения столь сложных
систем с самоорганизацией и энергонасы-
щением к свойствам неких эффективных
континуальных сред [Гохберг и др., 1985;
Сурков, 2000] или этот вопрос не затрагива-
ется вообще. Тем не менее, предельно ясно,
что оперирование с эффективными параме-
трами, в частности показателем преломле-
ния, который в ряде случаев представляется
ключевым при описании взаимодействия
излучения и вещества, обременено риском
потерять новые и необычные с точки зрения
классического подхода свойства. В этом слу-
чае, вероятно, можно говорить лишь о его
локальном значении в некоторой определен-
ной точке среды в рамках какой-то аналогии
с непрерывной средой. Не удивительно, что
такая столь простая конструкция описания
геосреды оказывается приемлемой далеко
не всегда. Очевидно, в общем случае необхо-
дима самосогласованная система уравнений
механики, электродинамики, термодинами-
ки, флюидодинамики и учет структурных
свойств геосреды как открытой нелинейной
системы.
Как известно, в таких системах могут
образоваться уединенные состояния (ав-
товолны), которые можно рассматривать в
качестве одного из проявлений самооргани-
зации. При этом под автоволнами подразу-
меваются пространственно-локализованные
импульсы, рас про страняющиеся в среде с
постоянной скоростью без существенных
изменений своей формы [Давыдов и др.,
1994; Дмитриевский, Володин, 2008]. Такая
система способна формировать различные (в
том числе и хаотические) пространственно-
временные структуры с разной активно-
стью сейсмоэлектромагнитного излучения.
Эти структуры представляют собой импуль-
сы и фронты возбуждения, неустойчивость
которых приводит к установлению в геоси-
стеме самоподдерживающихся колебаний с
определенной пространственной конфигу-
рацией. В итоге аномалии спонтанного элек-
тромагнитного излучения, регистрируемые
на земной поверхности, характеризуются
упорядоченной пространственной структу-
рой [Богданов и др., 2009б].
Подводя итог сказанному, становится
очевидной необходимость смены парадиг-
мального подхода к изучению электродина-
мики геосреды. При этом, встав на позиции
признания геосреды в качестве активной
(возбудимой) нелинейной системы, можно
понять ряд явлений, не находящих объясне-
ние в рамках классических подходов. Отчет-
ливо видны и трудности на этом пути: доста-
точно полных моделей геосреды, описывае-
мых конечной системой дифференциальных
уравнений, все еще просто не существует. И
прежде чем выйти на этот уровень, требует-
ся решить ряд проблем. Очевидно, в первую
очередь здесь необходимо выработать язык
и систему понятий для рассматриваемой об-
ласти явлений, установить характеристики
геосреды — открытой диссипативной систе-
мы, закономерности хаотических движений
ее элементов (отдельностей), критерии их
возникновений, физических механизмов
механоэлектромагнитных преобразований
и т. д. Здесь на первый план выходят каче-
ственные методы исследования, полевой и
вычислительный эксперименты.
Нелинейность как фундаментальное
свойство геосреды. Как уже упоминалось,
подход, основанный на идеях и принципах
нелинейной динамики, является одним из
эффективных и перспективных направ-
лений исследований геосистем [Геншафт,
2009; Гуфельд, 2007 и др.]. При этом много-
образие причин нелинейности можно по-
пытаться свести к двум типам. В первом из
них нелинейность является «врожденной»,
в. н. Шуман
114 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
т. е. следствием внутренних причин, кото-
рые отображаются нелинейными уравне-
ниями, описывающими состояние системы.
Во втором нелинейность является «привне-
сенной». Сюда могут быть отнесены систе-
мы со значительным энергонасыщением и
энерговыделением, высокотемпературные
процессы, колебания и волны со значитель-
ной амплитудой.
Напомним некоторые определения. Как
известно, в физике твердого тела отклоне-
ния от линейно-упругого поведения тради-
ционно связывают с проявлением слабого
ангармонизма межатомного потенциала
[Зайцев и др., 2006]. Считалось, что макро-
скопические упругие свойства формально
определяются разложением внутренней
энергии слабо деформируемой среды в сте-
пенной ряд по инвариантам тензора дефор-
мации. Для описания нелинейности такого
типа обычно достаточно к линейному слага-
емому в законе Гука добавить квадратичные
и кубические компоненты тензора деформа-
ции:
( )...3)3(2)2( +eg+eg+e=s E ,
где s — упругое напряжение, E — модуль
упругости. При этом характерные величины
безразмерных квадратичных и кубических
коэффициентов нелинейности g(2) и g(3) для
однородных аморфных материалов и моно-
кристаллов обычно находятся в диапазоне
нескольких единиц, а характерные величи-
ны деформаций весьма малы [Зайцев и др.,
2006; Руденко, 2006]. При этом нелинейные
поправки по сравнению с линейным слагае-
мым достаточно малы, хотя именно их на-
личием обусловлены такие явления, как те-
пловое расширение и зависимость скорости
упругих волн от механических напряжений
и температуры. Такую нелинейность при-
нято называть «физической», поскольку она
связана с нелинейностью сил межмолеку-
лярного взаимодействия в конденсирован-
ной среде [Руденко, 2006].
Второй тип нелинейности определяется
нелинейной связью между компонентами
тензора деформаций и производными от
компонент вектора смещений по координа-
там. Эта связь, не зависящая от физических
свойств деформируемого тела, называется
«геометрической» нелинейностью [Руденко,
2006].
Однако еще в 20-е годы прошлого века во
многих экспериментах наблюдалось весьма
сильное (на 2—4 порядка) возрастание нели-
нейности. Причины столь больших его зна-
чений отличаются от обсуждаемых выше,
что и послужило основанием для выделения
нелинейности третьего типа — «структур-
ной» [Руденко, 2006].
Столь сильное возрастание акустиче-
ской нелинейности в большинстве случаев
обусловлено наличием в структуре среды
компонент с резко контрастирующими ли-
нейными упругими свойствами. К примеру,
в жидкостях этот тип нелинейности воз-
никает при введении сильно сжимаемых
вкраплений, в частности пузырьков газа.
Характерным примером таких «контрастно-
мягких» дефектов являются трещины. К
этому же классу сред могут быть отнесены
гранулированные среды [Есипов и др., 2006].
Существенно, что если нелинейные акусти-
ческие свойства сплошных сред, таких как
монокристаллы или однородные жидкости,
определяются особенностями деформации
на молекулярном уровне, то соответствую-
щие характеристики гранулированных сред
проявляются на мезомасштабном уровне,
т. е. на масштабах, определяемых размером
гранул и определяются их структурой [Еси-
пов и др., 2006].
Анализируя многочисленные данные по
наблюдениям микроструктурно-обуслов лен-
ной нелинейности, в работе [Зайцев и др.,
2006] сформулировано следующее достаточ-
но общее утверждение: причиной сильного
возрастания акустической нелинейности
микронеоднородных сред в большинстве
слу чаев является наличие в структуре среды
компонент с резко контрастирующими ли-
нейными упругими свойствами, причем раз-
мер более мягких включений-дефектов мал
по сравнению с длиной упругой волны, а
также мала концентрация этих включений.
Как известно, неоднородные среды, в
том числе гранулированные, относятся к об-
ширному классу нелинейных сред с акусти-
ческой дисперсией. При этом сочетание не-
линейности и дисперсии позволяет получить
для акустических волн в таких средах реше-
ния солитонного типа [Даниленко, Микуляк,
2010].
Таким образом, оказывается целесо об-
разным различать три типа нелинейности:
физическую, геометрическую и структур-
ную. При этом каждая из них может быть
или распределена в объеме среды, или сосре-
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 115
доточена в области пространства, малой по
сравнению с длиной волны [Руденко, 2006].
Встав на позиции признания геосреды в
качестве открытой нелинейной диссипатив-
ной системы, можно понять ряд явлений, в
частности генерацию и распространение
электромагнитного шума, не находящих от-
ражения в рамках классических подходов
[Шуман, 2010]. Как уже упоминалось, для
Земли можно установить пространственно-
временную иерархичность состава, структу-
ры и процессов [Садовский, 2004; Геншафт,
2009], а практически повсеместная дегазация
и дефлюидизация ее недр сопровождается
структурно-вещественными преобразовани-
ями на разных глубинах [Дмитриевский, Во-
лодин, 2006; Гуфельд, 2007]. В свою очередь,
изучение волновых процессов позволило
установить нелинейные свойства геосреды,
обусловленные разномасштабной структури-
рованностью энергетических потоков [Дми-
триевский, Володин, 2006; Гуфельд, 2007].
Эти эндогенные энергетические потоки
приводят к формированию зон с избыточ-
ной энергией — энергоактивных зон. В та-
кой активной системе (геосреде), как уже
упоминалось, существуют комплексы нели-
нейных взаимодействий как между ее подси-
стемами, так и между физическими полями.
Можно предположить, что природа сейсмо-
акустической и электромагнитной эмиссий
в конечном счете состоит в трансформации
ее собственной энергии в различные ло-
кально неустойчивые состояния, которые,
собственно, и являются источниками эмис-
сий. Однако для их описания потребуются,
очевидно, новые математические модели не-
линейных взаимодействий в системе физи-
ческих полей с учетом накопленной энергии
в геосреде, связей между электромагнитны-
ми и сейсмоакустическими полями, между
энергетическими параметрами химического
потенциала геосреды и ее флюидонасыщен-
ностью [Дмитриевский, Володин, 2006; Гу-
фельд, 2007; Геншафт, 2009]. Разумеется, об-
щей теории сред такого типа не существует и
каждый достаточно проработанный пример
в этой области исследований, как правило,
дает примеры новых типов их динамики, са-
моорганизации, сейсмоакустической и элек-
тромагнитной эмиссий.
Заключение. Как следует из рассмотрен-
ных в статье примеров, намечается инте-
ресный набор проблем, решение которых
требует более последовательного, нетриви-
ального и нетрадиционного, чем это приня-
то, понимания свойств геосреды. Случайны
ли экспериментально установленные зако-
номерности генерации акустосейсмоэлек-
тромагнитного шума, его пространственная
дифференциация, особенности и характе-
ристики распространения, наличие доми-
нантных частот и откуда они следуют — вот
главная задача данного рассмотрения. Оче-
видно, в этом аспекте подход, основанный
на идеях нелинейной динамики, является
одним из важных направлений дальнейших
исследований этих явлений. При этом не-
равновесность, нелинейность, неустойчи-
вость геосреды являются основными прин-
ципами, на которых должна строиться тео-
рия генерации и распространения сейсмо-
акустической и электромагнитной эмиссии
литосферы. Сложность задачи состоит в
том, что необходимо учитывать возмож-
ность различного физического содержания
процессов генерации шума на разных уров-
нях геометрически самоподобной блоковой
системы, отличительными признаками ко-
торой являются необратимые изменения во
времени, фрактальность, недетерминиро-
ванность поведения (бифуркации), волно-
вая и резонансная природа всех процессов,
стохастический резонанс, большая роль
малых возмущений. Наличие механизмов,
трансформирующих энергию колебаний в
низкочастотную или высокочастотную об-
ласти спектра акустосейсмоэлектромагнит-
ного излучения, означает, что регистрируе-
мый на земной поверхности сигнал несет
информацию не только об источниках, но,
в значительной степени, и о трассе его рас-
пространения (геосреде). Это означает, что
эти сигналы могут быть использованы как
для диагностики локализованных геострук-
тур, так и геодинамики среды. Приведенные
результаты и многочисленные данные дру-
гих авторов, посвященные этой проблеме,
подтверждают перспективность использова-
ния наблюдений за литосферными электро-
магнитными сигналами для решения задач
геодинамики, геологии и геофизики.
в. н. Шуман
116 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
Список литературы
Агранович В. М., Гинзбург В. Л. Кристаллооптика с
учетом пространственной дисперсии и теория
экситонов..— Москва: Наука, 1979. — 432 с.
Адушкин В. В., Локтев Д. Н., Спивак А. А. Влияние
барических возмущений атмосферы на ми-
кросейсмические процессы в земной коре //
Физика Земли. — 2008. — № 6. — С. 77—85.
Анищенко В. С., Нейман А. Б., Мосс Ф.,
Шимановский-Гайер Л. Стохастический ре-
зонанс как индуцированный шумом эффект
увеличения степени порядка // Успехи физ.
наук.—1999. — 169, № 1. — С. 7—37.
Богданов Ю. А. К проблематике распространения
возмущений в геологических средах: краткий
обзор актуальных источников и конструктив-
ные соображения // Геофиз. журн. — 2008.
— 30, № 1. — С. 96—110.
Богданов Ю. А., Павлович В. Н. Неравновесное из-
лучение земной коры — индикатор геодина-
мических процессов // Геофиз. журн. — 2008.
— 30, № 4. — С. 12—24.
Богданов Ю. А., Коболев В. П., Шуман В. Н. Вариа-
ции сейсмоэлектромагнитного фона Земли и
сейсмическая активность // Геофиз. журн. —
2009а. — 31, № 3. — С. 95—106.
Богданов Ю. А., Павлович В. Н., Шуман В. Н. Спон-
танная электромагнитная эмиссия литосферы:
состояние проблемы и математические моде-
ли // Геофиз. журн. — 2009б. — 31, № 4. —
С. 20—33.
Богданов Ю. А., Воронин В. И., Уваров В. Н., Чер-
ня ков А. М. Электромагнитное проявление
структуры недр // Геофиз. журн. — 2003. —
25, № 4. — С. 117—124.
Богданов Ю. А., Коболев В. П., Русаков О. М., Заха-
ров И. Г. Геополяритонное зондирование га-
зоносных структур северо-западного шельфа
Черного моря // Геология и полезные иско-
паемые мирового океана. — 2007. — 22, № 4.
— С. 37—61.
Богданов Ю. А., Бондаренко Н. В., Захаров И. Г.,
Лой ко Н. П., Лукин В. В., Черняков А. М., Чер-
тов О. Р. Аппаратурно-методическое обеспе-
чение метода анализа спонтанной электро-
магнитной эмиссии Земли // Геофиз. журн.
— 2009в. — 31, № 4. — С. 34—43.
Болотовский Б. М., Серов А. Б. Особенности поля
переходного излучения // Успехи физ. наук.
— 2009. — 179, № 5. — С. 517—524.
Бредов М. М., Румянцев В. В., Топтыгин И. Н.
Классическая электродинамика. Учебн. пос. /
Под ред. И. Н. Топтыгина. — Москва: Наука,
1985. — 400 с.
Виноградов А. П. К вопросу о форме материаль-
ных уравнений в электродинамике // Успехи
физ. наук. — 2002. — 172, № 3. — С. 363—370.
Геншафт Ю. С. Земля — открытая система: гео-
логические и геофизические следствия // Фи-
зика Земли. — 2009. — № 8. — С. 4—12.
Гинзбург В. Л., Цытович В. Н. Переходное излу-
че ние и переходное рассеяние. — Москва:
Наука, 1984. — 360 с.
Голубков А. А., Макаров В. А. Граничные условия
для электромагнитного поля на поверхности
сред со слабой пространственной дисперсией
// Успехи физ. наук. — 1995. — 165, № 3. —
С. 339—346.
Гохберг М. Б., Гуфельд И. Л., Гершензон Н. И., Пи-
ли пенко В. А. Электромагнитные эффекты при
разрушении земной коры // Изв. АН СССР.
Физика Земли. —1985. — № 1. — С. 72—87.
Гохберг М. Б., Моргунов В. А., Аронов Е. Л. О вы-
со кочастотном электромагнитном излучении
при сейсмической активности // Докл. СССР.
— 1979. — 248, № 5. — С. 1077—1081.
Гульельми А. В. Ультранизкочастотные волны в
коре и магнитосфере Земли // Успехи физ.
наук. — 2007. — 177, № 12. — С. 1257—1276.
Гульельми А. В. Уравнение генерации сейсмомаг-
нитных сигналов // Докл. РАН. — 1995. — 342,
№ 3. — С. 390—392.
Гуфельд И. Л. Сейсмический процесс. Фи зи ко-
химические аспекты. — Королев: ЦНИИМаш,
2007. — 160 с.
Давыдов В. А., Зыков В. С., Михайлов А. С. Кине-
матика автоволновых структур в возбудимых
средах // Успехи физ. наук. —1991. — 161,
№ 8. — С. 45—86.
Даниленко В. А. К теории движения блочно-ие рар -
хических геофизических сред // Докл. АН
Украины. — 1992. — № 2. — С. 87—90.
Даниленко В. А., Микуляк С. В. Моделювання
процесів динамічного деформування струк-
турованого геофізичного середовища з пруж-
нопластичною вза�моді�ю елементів структу-
ри // Геофиз. журн. — 2010. — 32, № 3. —
С. 60—65.
Дещерский А. В., Лукк А. А., Сидорин А. Я. О новой
парадигме прогноза землетрясений // Докл.
РАН. — 2003. — 388, № 2. — С. 233—236.
Концепция динамичесКи неустойчивой геосреды ...
Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 117
Дмитриевский А. Н. Автоволновые процессы фор-
мирования флюидонасыщенных зон Земли //
Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды,
нефть, газ и их парагенезисы. Матер. Всерос.
конф. (Москва, 22—25 апреля 2008 г.). — Мо-
сква: ГЕОС, 2008. — С. 6—8.
Дмитриевский А. Н., Володин И. А. Автосолитон-
ные механизмы дегазации Земли // Дегаза-
ция Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть,
газ и их парагенезисы. Матер. Всерос. конф.
(Москва, 22—25 апреля 2008 г.) — Москва:
ГЕОС, 2008. — С. 152—154.
Дмитриевский А. Н., Володин И. А. Формирование
и динамика энергоактивных зон в геологиче-
ской среде // Докл. РАН. — 2006. — 411, № 3.
— С. 395—399.
Есипов И. Б., Рыбак С. А., Серебряный А. Н. Не-
линейная акустическая диагностика земных
пород и океана // Успехи физ. наук. — 2006.
— 176, № 1. — С. 102—108.
Зайцев В. Ю., Назаров В. Е., Таланов В. И. «Не-
классические» проявления микроструктурно-
обусловленной нелинейности — новые воз-
можности для акустической диагностики //
Успехи физ. наук. — 2006. — 176, № 1. —
С. 97—102.
Кишкина С. Б., Спивак А. А. Проявление резонанс-
ных свойств земной коры в микросейсмиче-
ских колебаниях // Докл. РАН. — 2003. — 392,
№ 4. — С. 543—545.
Климонтович Ю. Л. Что такое стохастическая
фильт рация и стохастический резонанс? //
Успехи физ. наук. — 1999. — 169, № 1. —
С. 39—47.
Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Электродинамика сплош-
ных сред. — Москва: Наука, 1959. — 532 с.
Левшенко В. Т. Сверхнизкочастотные электро-
магнитные сигналы литосферного происхо-
ждения: Автореферат дисс. … д-ра физ.-мат.
наук. — Москва: ОИФЗ РАН. — 1995. — 36 с.
Мальцев С. А., Моргунов В. А. К физической мо-
дели возмущений электростатического поля
литосферной природы в атмосфере и ЭМИ //
Физика Земли. — 2005. — № 9. — С. 65—73.
Некоркин В. И. Нелинейные колебания и волны в
нейродинамике // Успехи физ. наук. — 2008.
— 178, № 3. — С. 313—323.
Неновски П. И., Бойчев Б. В. Механизмы воз-
никновения сейсмоэлектрических сигналов в
земной коре // Геомагнетизм и аэрономия. —
2004. — 44, № 4. — С. 545—553.
Раутиан С. Г. Об отражении и преломлении на
границе среды с отрицательной групповой
скоростью // Успехи физ. наук. — 2008. —
178, № 10. — С. 1017—1024.
Руденко О. В. Гигантские нелинейности структур-
но-неоднородных сред и основы методов не-
линейной акустической диагностики // Успе-
хи физ. наук. — 2006. — 176, № 1. — С. 77—95.
Садовский М. А. Геофизика и физика взрыва.
Избр. тр. / Отв. ред. В. В. Адушкин. — Мо-
сква: Наука, 2004. — 440 с.
Садовский М. А., Писаренко В. Ф. Сейсмический
процесс в блоковой среде. — Москва: Наука,
1991. — 96 с.
Спивак А. А., Кишкина С. Б. Исследование микро-
сейсмического фона с целью определения
активных тектонических структур и геоди-
намических характеристик среды // Физика
Земли. — 2004. — № 7. — С. 35—49.
Спивак А. А., Кишкина С. Б., Харламов В. А. Пре-
цес сионные движения структурных блоков
земной коры // Докл. РАН. — 2009. — 426,
№ 6. — С. 813—815.
Старостенко В. И., Лукин А. Е., Коболев В. П., Ру-
саков О. М., Орлюк М. И., Шуман В. Н., Омель-
ченко В. Д., Пашкевич И. К., Толкунов А. П.,
Богданов Ю. А., Буркинский И. Б., Лойко Н. П.,
Федотова И. Н., Захаров И. Г., Черняков А. М.,
Куприенко П. Я., Макаренко И. Б., Легостае-
ва О. В., Лебедь Т. С., Савченко А. С. Модель
глубинного строения Донецкого складчатого
сооружения и прилегающих структур по дан-
ным региональных геофизических наблюде-
ний // Геофиз. журн. — 2009. — 31, № 4. —
С. 44—68.
Стаховский И. Р. Самоподобная сейсмогенери-
рующая структура земной коры: обзор про-
блемы и математическая модель // Физика
Земли. — 2007. — № 12. — С. 35—47.
Сурков В. В. Электромагнитные эффекты при
землетрясениях и взрывах. — Москва: Изд.
Моск. гос. инж.-физ. ин-та (техн. ун-та), 2000.
— 238 с.
Цифра И. М., Шуман В. Н. Параболические систе-
мы типа «реакция—диффузия» при модели-
ровании процессов генерации и распростра-
нения электромагнитной эмиссии литосферы
и методы их анализа // Геофиз. журн. — 2010.
— 32, № 5. — С. 51—60.
Шмидт А. В. Анализ систем реакция—диффузия
методом нелинейных определяющих уравне-
ний // Журн. вычислит. математики и матем.
физики. — 2007. — 47, № 2. — С. 256—268.
в. н. Шуман
118 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010
Шуман В. Н. Уравнение генерации спонтанных
электромагнитных сигналов в системе лито-
сферных блоков // Геофиз. журн. — 2008. —
30, № 1. — С. 42—48.
Шуман В. Н. Электродинамика геосреды и мето-
ды геоэлектрики // Геофиз. журн. — 2010. —
32, № 2. — С. 28—42.
Шуман В. Н. Электромагнитные сигналы лито-
сферного происхождения в современных на-
земных и дистанционных зондирующих си-
стемах // Геофиз. журн. — 2007. — 29, № 2.
— С. 3—16.
Шуман В. Н., Богданов Ю. А. Электромагнит-
ная эмиссия литосферы: пространственная
структура и возможные механизмы генера-
ции // Геофиз. журн. — 2008. — 30, № 6.
— С. 39—50.
Bak P., Tang C. Earthquakes as self-organіzed crіtі-
calіty // J. Geophys. Res. — 1989. — 94, № 15.—
P. 635—637.
Gershenzon N., Bambakidis G. Modelіng of seіsmo-
electromagnetіc phenomena // Russіan Journal
of Earth Scіence. — October 2001. — 3, № 4. —
P. 247—275.
|