З В І Т

про роботу  кафедри фізики  Землі за період з 2000 по 2005 р.

 

Практично в усіх провідних університетах світу, де готують фахівців із геології, екології, гідрогеології, кліматології і навіть грунтознавства, одними із провідних предметів є фізика Землі та прикладна геофізика. Зумовлено це тим, що власне фізика Землі  вивчає фізичні явища, що відбуваються на нашій планеті , в її глибинах та довкола неї в космічному просторі і, певною мірою, впливають на довкілля. Крім того, актуальність проведення фундаментальних досліджень у галузі наук про Землю зумовлена недостатнім рівнем теоретичного забезпечення методів розв’язання як прямих, так і інверсних задач в сейсморозвідуванні, гравірозвідуванні та магнеторозвідуванні. Дослідження фізичних процесів у оболонках Землі та застосування геофізичних методів у пошуку родовищ корисних копалин започатковано у Львівському національному університеті імені Івана Франка значно раніше. А історичні межі, до яких можна віднести початок формування кафедри фізики Землі, є значно ширші і сягають початку 20-го століття. Виявляється, що перша кафедра, яка мала вирішувати близькі за змістом завдання, була створена ще в далекому 1921 р. видатним польським вченим Генриком Броніславом Арцтовським (15.07.1871–21.02.1958) і мала назву кафедри геофізики і метеорології, хоча за свої дослідження у науках про Землю йому присвоїли почесне звання професора Львівського університету ще в 1912 році. Коло наукових інтересів Г. Арцтовського було дуже широким, але найбільш вагомі його наукові результати зконцентрувалися у фізичній, синоптичній та динамічній метеорології, кліматології, гідрометеорології, геології, технології переробки нафти, тектоніці, петрографії й геохімії. Під час праці в Львiвському унiверситеті (1921–1939), де Г.Арцтовський провадив курси загальної геофізики та метеорології, він підготував цілу плеяду молодих учених-метеорологів та кліматологів (А. Коханський, А. Косіба, Г. Оркіш, М. Орліч, І.Тесля та ін.). В 1945 В.О. Сельський переїжджає до Львова, де одразу організовує кафедру геофізики в Львівському державному університеті. Правда, кафедра геофізики проіснувала лише рік і була закрита шляхом злиття із кафедрою петрографії із цікавим формулюванням: “у зв’язку із нестачею відповідних кадрів“......., В.О. Сельського змусили перейти у Львівський політехнічний інститут, де він керував кафедрою геофізики до кінця свого життя. Крім того, у Львові завдяки його старанням були створені Львівський відділ геофізики та сектор сейсмології АН України. Після об’єднання кафедри геофізики з кафедрою петрографії, яку очолював  В.С. Соболєв, кількість годин, відведених для геофізики, була скорочена, проте напрям застосування геофізичних методів розвідування під час дослідження глибинної будови земної кори та пошуків нафтових родровищ, запропонований академіком В.О. Сельським, зберігся завдяки зусиллям ще одієї видатної людини нашого часу.  Збереженню наукових досліджень із геофізичних методів розвідування великих зусиль доклав С.І. Суботін, що продовжував вести що курс лекцій з геофізики в Львівському університеті. З 1945 по 1960 рік він послідовно займав посади доцента, в.о. професора, а з 1956 р. після захисту докторської дисертації – професора

 

Педагогічна  діяльність

Кафедра фізики Землі є наймолодшою кафедрою геологічного факультету (створена за Наказом Ректора № 305 від 7 березня 2000 року). Основним призначенням кафедри є забезпечення глибоких знань студентам геологічного факультету з фундаментальних питань фізики Землі та Всесвіту, фізичних основ теоретичних та прикладних геофізичних методів дослідження земної кори та глибинних процесів у структурних оболонках Землі.  Чільна увага при підготовці майбутніх спеціалістів приділяється застосуванню геоінформаційних технологій і моделюванню фізичних процесів у дослідженні фізичних полів Землі для вирішення комплексних геологічних, інженерно-геологічних та екологічних задач.  При кафедрі функціонує міжкафедральна лабораторія геоінформаційних технологій та комп'ютерного моделювання у геології. У лабораторії проводяться заняття з інформатики, основ роботи із комп’ютером для усіх студентів геологічного факультету, вищої математики,  геостатистики і системного аналізу, комп’ютерних методів обробки геологічної, геохімічної і екологічної інформації та багатьох інших предметів, виконуються курсові, дипломні та аспірантські роботи. 

 

Дисципліни, які, забезпеує кафедра	Курс	Викладач
Фізика Землі	II	Фурман В.В.
Теоретичні основи фізичних методів в мінералогі	II	Фурман В.В.
Теоретичні основи структурного аналізу	III	Хомяк М.М.
Метеорологія і кліматологія	II	Фурман В.В.
Геофізичні методи досліджень	III	Вовченко Р.Г.
Геологічна інтерпретація геофізичних даних	IV	Вовченко Р.Г.
Геофізичні методи пошуку родовищ вуглеводнів	4	Вовченко Р.Г.
Моделювання і прогнозування стану довкілля	4	Бодлак П.М.
Радіоекологія	IV	Дацюк Ю.Р.
Методи комп’ютерного моделювання геологічних процесів	V-С	Хомяк М.М.
Методи моделювання фізичних процесів складних природних систем	V-М	Хомяк М.М.
Аналіз геохімічних  та мінералого-петрографічних даних	IV	Хомяк М.М.
Основи комп'ютерної грамоти	I	Дацюк Ю.Р.
Інформатика і системологія	II-з	Дацюк Ю.Р.
Геоінформатика та геостатистика	III	Хомяк М.М.
Обчислювальна техніка і основи програмування	III-з	Дацюк Ю.Р.
Інтернет технології	II	Дацюк Ю.Р.
Комп'ютерна обробка геологічних даних	II	Дацюк Ю.Р.
Комп'ютерна обробка геологічної інформації	V-С, V-М	Хомяк М.М.
Комп'ютерна обробка екологічних даних	4	Дацюк Ю.Р.

 

 

Методичні розробки кафедри

                                               

Наукова діяльність

Одним з наукових напрямків кафедри фізики  Землі є подальший розвиток методів теоретичного дослідження характеристик фізичних полів Землі у розв’язку геологічних, інженерно-геологічних та екологічних задач та розробка нових підходів у інверсних методах досліджень сейсмології та гравіметрії для тектоно-фізичного аналізу геопотенціальних полів України. Другим основним напрямком  є дослідження поцесів розсіяння  у різних типах фізичних систем.        

 

Держбюджетні теми.

1. РОЗВИТОК ТЕОРІЇ ТА МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИЧНИХ ПОЛІВ ЗЕМЛІ ОБ-71Б Наукові керівники:  проф. Вакарчук І. О., проф. Лещух Р.Й. Термін виконання: 1.01.2000 р.—31.12.2002 р.

Об’єкт дослідження – фізичні поля Землі, обернені задачі в геофізиці.

Мета роботи – розвиток методів дослідження характеристик фізичних полів Землі при розв’язку геологічних, інженерно-геологічних та екологічних задач та розробка нових підходів у інверсних методах досліджень сейсмології та гравіметрії для тектоно-фізичного аналізу геопотенціальних полів України.

Проведено теоретичні дослідження розв’язування фазових рівнянь теорії розсіяння та обернених задач в побудові ефективних чисельних алгоритмів на основі методу скінчених елементів для дослідження неоднорідних структур. Розроблено інтегральний метод аналізу рівнянь неперервності для інтерпретації результатів дослідження складних багатовимірних моделей геодинаміки, кінетики неперервного середовища.

Удосконалено методику обробки і аналізу геофізичних даних із застосуванням геоінформаційних технологій, що дозволить більш інформативно і точного представляти структурні особливості, дані про просторово-часовий розподіл густини, фізико-механічні параметри стосовно досліджень оберненої задачі гравіметрії та даних сейсмологічних вимірювань для їх комплексної інтерпретації на регіональному рівні. Проведено огляд сучасних геофізичних методів дослідження приповерхневих шарів земної кори. Досягнення методів досліджень останніх років стали можливими завдяки прогресу в апаратній частині і комп'ютерній обробці даних, а також зростаючим вимогами до геофізичних досліджень забруднених місць Землі. Визначення геологічної будови потребує використання сучасного способу представлення і обробки даних – при допомозі геоінформаційних систем. Проведено розвиток теорії та методики обробки і аналізу геофізичних даних із застосуванням геоінформаційних технологій, що дозволить більш інформативно і точного представляти структурні особливості, дані про просторово-часовий розподіл густини, фізико-механічні параметри стосовно досліджень обернених задач геофізики. Результати аналізу теорії розсіяння в неоднорідному середовищі можуть бути застосованими для розв’язку обернених задач в геофізиці. Чисельні дослідження задач геофізики стануть корисними для аналізу задач з вивчення електричних, електромагнітних, сейсмічних параметрів верхніх шарів Земної кори та навколишнього середовища.

 

2. На кафедрі виконується міждисциплінарна фундаментальна  науково-дослiдна тема ОБ-176Б  разом із кафедрою теоретичної фізики за координаційним планом Міністерства Освіти і науки України

Міждисциплінарна фундаментальна держбюджетна науково-дослiдна тема “Розвиток методів комп’ютерного моделювання геодинамічних характеристик структурних оболонок Землі” (№ державної реєстрації 0103U001920) .

Наукові керівники:  проф. Вакарчук І. О., проф. Лещух Р.Й. Термін виконання: 1.01.2003 р.—31.12.2005 р.

Дослідження проводились згідно календарного плану. Удосконалено методики обробки і аналізу геофізичних даних на основі аналізу сучасних теорій, коректності математичних постановок задач та відповідності основним фізичним законам, із застосуванням нових геоінформаційних технологій.

Розроблено методику більш повного інформативного представлення структурних особливостей й даних про просторово-часовий розподіл густини. В методиці комп’ютерного моделювання враховано вплив таких реологічних параметрів геологічного середовища, як шаруватість, анізотропія, пластичність та в’язкість, на локальному й регіональному рівнях стосовно задач тектонофізики. Апробовано методику чисельного розв’язування оберненої задачі гравіметрії на підставі розв’язування прямої задачі і врахування локальної похибки апроксимації області методом скінченних елементів.

Підготовлено методичне забезпе­чення для математичного моделювання даних сейсмологічних вимірювань для їх комплексної інтерпретації з використанням баз даних та геоінформаційних технологій. Розроблено програмні модулі для моделювання регіональних та локальних аномалій гравітаційного поля, розроблено тестові задачі і набори даних для тектонофізичної задачі стиснення осадової товщі з урахуванням пластичності і повзучості в геологічному масштабі часу. Оцінено можливість застосування наявних програмних засобів для розв’язування типових задач.

Різні підходи до пояснення рухів та деформацій земної кори і мантії на основі механіки суцільного середовища та механіки руйнування широко застосовуються в тектонофізичному аналізі. Намітилися тенденції до чисельного комп’ютерного моделювання нелінійних ефектів взаємодії, наприклад геопотенціальних полів з тепловими полями, з врахуванням глобальних та регіональних структурних особливостей.

Необхідним є також удосконалення методики комп’ютерного опрацювання, аналізу й синтезу для інформативнішого і точнішого вивчення структури, густини і розподілу визначальних характеристик, з метою більш повною мірою проводити комплексну інтерпретацію геофізичних даних. Це вимагає створення досить гнучкого і універсального програмного забезпечення по розрахунку геодинамічних характеристик структурних оболонок Землі при дослідженні глибинних процесів із використанням потужних і ефективних методів розв’язування початково-крайових модельних задач математичної фізики.

 

Теми, що виконуються межах робочого часу викладачів

 

3. Фундаментальна науково-дослiдна тема:

“Моделювання структур геоінформаційних баз даних у геофізичному аналізі геологічних обєктів та формування графічних баз даних“(№ державної реєстрації 0103U005925)

Науковий керівник: Фурман В.В., завідувач кафедри фізики Землі, доцент, к.ф.-м.н.  Термін виконання: Початок 01.2003 Закінчення: 12.2004

 

Основні наукові результати:

Проведено розробку теоретичних і технологічних основ ефективних алгоритмів розвязування тривимірних прямих і зворотних задач для моделювання геодинамічних характеристик структурних оболонок Землі. Розпочато розробку методів комп'ютерного моделювання із використанням ГІС у  геофізичних задачах складних у геодинамічному аспекті геологічних систем із різним структурним впорядкуванням.

Практичне значення одержаних результатів: За допомогою розроблених підходів є змога проводити моделювання стpуктур геоінформаційних баз даних у геофізичному аналізі геологічних обєктів та використовувати алгоритми та методи формування графічних баз даних геологічних систем із різними розподілами структурних характеристик глибинних характеристик геологічних об’єктів.

 

2. Розвиток методів аналізу і прогнозування геофізичних полів у дослідженні геоекологічних систем Наукові керівники: Вовченко Р.Г., к.г.-м.н. Хом’як М.М. , к.ф.-м.н.

 

Основні наукові результати:

Розроблено методику комп’ютерного моделювання стосовно прямої задачі гравіметрії для 2D і 3D-об’єктів з використанням методу скінченних елементів та реалізовану як програмний модуль електронних таблиць. Виконано комп’ютерні розрахунки гравітаційних, магнетних та електричних полів над різними за формою еколого-геологічними моделями, які можуть відповідати карстовим порожнинам, рудним об’єктам, тектонічним порушенням, підземним гірським виробкам та переходам, що знаходяться на різних глибинах. Проведено співставлення одержаних матеріалів зі спостереженими кривими Δg, Δz та ρ_п на опорних ділянках, які свідчать про надійність виконаних модельних робіт.

Практичне значення одержаних результатів: Одержані матеріали дадуть змогу стежити за розвитком карстових процесів у районах розвитку розчинних відкладів (ангідритів, солей тощо), оцінювати ефективність геофізичних методів пошуків порожнин (підземних переходів, галерей, гірських виробок тощо) під час гірничих та археологічних досліджень, стежити за інтенсивністю видобування розчинних корисних копалин (сірка) тощо.

 

Публікації

1. В.Фурман Особливості знаходження розв’язків фазових рівнянь теорії розсіяння у розрахунках фізичних властивостей металів//УФЖ, 45, №1, 2000, с.104-111.

2. І.Вакарчук, В.Фурман Теоретичні методи дослідження фізичних полів, термодинамічних та структурних характеристик внутрішніх оболонок Землі//Матеріали наукової конференції, присвяченої до 55-річчяеної до 55-річчякультету Львівського національного університетту імені Івана Франка, Львів, 2000

3. Фурман В.В. Точне представлення розвязку у методі фазових функцій для ВКБ-наближення//Український фізичний журнал. Т. 47, №11, 2002, с.1089-1095

4. Фурман В.В. Метод фазових функцій та WKB-наближення//Вісник Львівського університету. Серія фізична. Вип.35, 2002, ст.16-20.

5. Фурман В.В., Дацюк Ю.Р., Хом’як М.М., Хом’як Л.М. Сучасні методи геофізичних досліджень//Вісник Львівського університету. Серія геологічна. Вип.16. 2002, ст. 42-47.

6. Фурман В.В. Фундаментальні фізичні задачі для обернених методів в геофізиці//Вісник Львівського університету. Серія геологічна. Вип.16. 2002, ст. 47-52.

7. Вовченко Р., Матковський О., Бохорська Л., Полубічко,, Походження //Мінералогічний збірник . ЛНУ ім. Ів. Франка.- Львів.- 2002

8. Фурман В.В. Метод фазових функцій в теорії металів. Матеріали II Міжнародної наукової конференції “Фізика невпорядкованих систем”. Львів 2003. С.19-20.

9. Фурман В.В. Жовтанецький М.І. Розрахунок електронних властивостей перехідних металів за теорією розсіяння. Матеріали II Міжнародної наукової конференції “Фізика невпорядкованих систем”. Львів 2003. С.46-47

10. Марчук М., Хом’як М., Пакош В., Якімов Ф. Змішана схема методу скінчених елементів стосовно контактних задач для шаруватих пластин і оболонок. Матеріали VI Міжнародної наукової конференції “Математичні проблеми механіки неоднорідних структур”. Львів 2003. С.209-210.

11. Дацюк Ю.Р, Інтегрування рівнянь неперервності для дослідження фотоелектричних явищ в напівпровідниках //В збірнику тез Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики Еврика-2003. Львів,2003, с.152

 12. В.Фурман, Хом’як М.М., Дацюк Ю.Р., Особливості фізичних моделей глибинних процесів Землі. //Вісник Львівського університету. Серія геологічна. Вип.17. 2003, с.24-32.

13. В.Фурман, Вовченко Р. Г., Полубічко О.М. З історії геофізичних досліджень у Львівському національному університеті імені Івана Франка //Вісник Львівського університету. Серія геологічна. Вип.17. 2003, с.165-170

14. В. Фурман Характеристики розсіяння ефективного середовища для іонного залишку в металі// Вiсник Львiвського унiверситету. Серiя фiзична, 2003, № 37  6с.

15. Хом’як М.М., Хом’як Л.М. Комп’ютерне моделювання початкових етапів утворення насувних структур // Сучасні проблеми геологічної науки: Зб. наук. пр. ІГН НАН України. – К., 2003. – С. 64–67.

16. Гопко Л., Головченко Д., Дацюк Ю.Р., Попівняк І., Ціхонь С., Дослідження вуглецьвмісних теригенних порід Лугівської світи (Рахівський район Закарпаття) // Мін. Зб. Вип. 1., 2004, с.137-142.

17. В.Фурман, Павлюк О.М., Особливості моделювання геодинамічних процесів та термодинамічні характеристики глибинних структур Землі//Вісник Львівського університету. Серія геологічна. Вип.18. 2004, 12с. 18..В.Фурман, Дацюк Ю,Р., Геоінформаційні системи у  моделюванні геофізичних та геологічних середовищ Землі. //Вісник Львівського університету. Серія геологічна. Вип.18. 2004, 12с.

18. Фурман В.В., Дацюк Ю.Р., Дослідження поверхні кристалів CdI₂ методами скануючої електроної мікроскопії//Тези доповідей Ювілейної наукової конференції, присвяченої 40-річчю кафедри радіофізики, Львів 2004. С.29-30.

19. Болеста І.М.., Дацюк Ю.Р., Кулай Т., Фононні спектри металічних нанокристалів у кристалах CdI₂//Тези доповідей Ювілейної наукової конференції, присвяченої 40-річчю кафедри радіофізики, Львів 2004. С.27-28.

  

Лабораторії при кафедрі.

Кафедра забезпечує функціонування обладнання Міжфакультетської лабораторії інформаційних мережних технологій та веде підтримку технічних ресурсів Інтернет для геологічного, біологічного факультетів та бібліотеки.
   У листопаді 2003 створено лабораторію фізичних методів досліджень в геології для обслуговування електронного скануючого мікроскопу JEOL-220 та комплексу геофізичних приладів для забезпечення необхідних вимірювань характеристик фізичних полів Землі

 

 Матеріальна база підрозділу:

-          8 IBM/PC,  мультимедійні засоби та оргтехніка

-           Комп’ютерний клас на 14 робочих місць із IBM/PC(Pentium-4)

-          Комп’ютерне мережне обладнання та сервери мережі Інтернет геологічного, біологічного факультетів та наукової бібліотеки університету

-          електронний скануючий мікроскоп JEOL-220

 

Перспективи розвитку

Основні напрямки навчальної роботи кафедри фізики Землі

1.Підготовка нормативних матеріалів для відкриття спеціальностей

1)  Геофізика

2) Геологічні компютерні технології

3) Методи компютерного моделювання в геології

3.  Відновлення геофізичних складових навчальних практик

4. Підготовка до друку методичних матеріалів по дисциплінах курсів, які забезпечуються кафедрою

 

Основні перспективні напрямки наукової діяльності кафедри фізики Землі

1.     Дослідження впливу Всевіту на фізичні процеси у Землі.

2. Пошук нових теоретичних підходів щодо вивчення впливу внутрішніх та зовнішніх полів Землі на фізичні властивості досліджуваних геологічних об’єктів  з метою розробки рекомендацій для аналізу та пошуку родовищ корисних копалин.

3. Побудова моделі просторової густини досліджуваного середовища на основі розробки теоретичних і технологічних основ ефективних алгоритмів розв’язування тривимірних прямих і зворотніх задач геологічних та геофізичних процесів.

4. Використання функціонально-аналітичних моделей середовища та фізичних полів для розширення можливостей комплексної інтерпретації за рахунок значно гнучкішої технології комп’ютерного моделювання.

5. Розробка нових підходів та вибору принципів відбору раціональних розв’язків відповідних задач, що сприяєтиме адекватному розумінню фізичної природи явищ та надасть змогу прогнозувати генезис і еволюцію геофізичних процесів на основі детерміністичних моделей теорії функціоналу густини і механіки суцільного середовища 

6. Застосування комплексних математичних і фізичних моделей середовища структурних оболонок Землі разом з технологіями геоінформаційних систем для створення програмного забезпечення з метою підвищення ефективності інтерпретації спостережуваних величин геофізичних досліджень у пошуку родовищ корисних копалин.

7.Дослідження фізичних процесів у атмосфері та гідросфері Землі. 

8.  Розробка моделей фізичних процесів при імпактних взаємодіях космічних тіл із оболонками Землі .