сегодня: 18.09.2020

[сделать стартовой]

Рубрики
Общество
Экономика
Политика
Спорт
Наука
Культура
Образование
Здравоохранение
Информационные технологии
Силовые структуры
Криминал
Происшествия
Экология
Недвижимость
Нск-риэлт
Байкал
Национальные проекты
Лес - богатство Сибири
Нефть и газ Сибири
Сибирский уголь
Научно-технический прогресс
Сибиряки
Мир вокруг нас
Интервью
Актуально

Сибирский федеральный округ
Наука и жизнь

Луна образовалась в результате ядерного взрыва


Видеокамеры для "супермена"


"Конец света" в прямом смысле слова


Земные океаны и атмосфера появились благодаря метеоритной бомбардировке


Солнце на Земле


Искусственный интеллект совсем рядом



ТОП-20 инженерных чудес света



Четвероногий друг


Новости Байкала

2017-05-30 19:14:00 /РИА "Сибирь" /Новосибирск

Новосибирские ученые-геофизики знают, как "смотреть" сквозь Землю

*        От первого лица


Наука былого
и грядущего



Без сомнения, было бы очень странно, если бы, живя в доме, мы не изучили его от подвала до потолка. У нашего общего дома - планеты Земля - "потолок" практически бесконечен, и свой вклад в знания о нем вносят множество специалистов разных научных направлений. Исследование же "подвала" обусловлено возможностями удивительной науки, способной заглянуть внутрь планеты - геофизики.



В нашем экспертном материале о различных аспектах геофизических исследований рассказывает директор Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука, доктор технических наук, профессор Игорь Ельцов: 

 

"Вообще геофизика - это "глаза" и "уши" геологов, она позволяет смотреть сквозь землю, сквозь разные препятствия, и делается это посредством полей, свойственных Земле. Их шесть - гравитационное, электрическое, магнитное, поле упругих колебаний, тепловое, радиоактивное - и с их помощью ученые конструируют методы исследований", - комментирует ученый.

Однако есть инструменты, которые еще не освоены геофизиками: например, космические лучи или сверхбыстрые частицы нейтрино. И те, и другие, пронизывающие наш "дом" насквозь, несут информацию о глубинах планеты. В принципе, специалисты неоднократно подступались к тому, чтобы на их основе создать абсолютно новые геофизические методы. ("И это были бы революционные методы!", - восклицает Игорь Ельцов).  Чтобы продвинуться на этом непростом пути, недавно в состав Института нефтегазовой геологии и геофизики была переведена обсерватория солнечно-земной физики.

"В этой станции, способной изучать космические лучи, проводить ионосферные, магнитные исследования, заложен большой научный потенциал, и это такое ядро, которое в будущем станет новыми методами нашей науки", - говорит Игорь Ельцов.

Как отмечает ученый, в шутке: «Что такое «геофизика, может, это просто физика с буквы “Г”?» заложена некая доля правды. Ведь это те же самые фундаментальные законы, никаких новых специально для исследователей Земли не придумали.

"Ничего специфического нет, но разница заключается в том, что физики работают с рафинированными веществами, например, с металлами, жидкостями, плазмой, для которых и закономерности выглядят достаточно рафинировано, - объясняет Игорь Ельцов. - Геофизики же изучают горную породу, это гетерогенная многофазная система, где есть скелет и флюид. Причем у последнего могут быть разные фазы - например, водо-газо-нефтяная смесь. Соответственно описание таких объектов получается бесконечно сложным. Если говорить, допустим, о металле в смысле электропроводности, нужно знать два-три параметра, в случае горной породы необходимо учесть характеристики разных минералов скелета и фаз флюида. Конечно, описания становятся очень непростыми".

Чтобы, как завещал монах по фамилии Оккам, не множить сущности без необходимости, геофизики нашли выход в виде так называемого модельного подхода. У объекта исследования вычленяются самые главные черты и характеристики, и описывается он как можно меньшим числом значимых модельных параметров.

"Мы абстрагируемся от всего второстепенного и описываем главное, - резюмирует Игорь Ельцов. - Это тоже, по сути, новый тренд. Мощь современной геофизики заключается в возможности реализовать модельный подход во все более и более сложных объектах и тем самым создать более реалистичные модели".

"Внутренности" Земли для разных задач необходимо увидеть и на малых, и на больших глубинах. Однако вопрос, можно ли создать единый метод на все случаи жизни, Игорь Ельцов отметает как неконструктивный, сравнивая работу экскаватора, лопаты и кисточки археолога.

"От задачи исходит детальность!", - говорит Игорь Ельцов, отмечая, что в геофизике принято говорить о разрешающей способности методов. Есть, например, магнито-теллурическое зондирование, которые позволяют заглянуть внутрь Земли на глубины в сотни километров, есть микросейсмические исследования - они работают в радиусе десятков и сотен метров. 

Соответственно, если у специалиста есть задача выделить нефтяной пласт или картировать рудное тело, определить их геометрию и физические свойства, то геофизик начинает с анализа возможностей того или иного метода, который, в свою очередь, лежит на основе возможностей геофизического поля. Нужно понять: какие инструменты необходимо использовать, чтобы выполнить задуманное, насколько это удастся в той или иной системе наблюдений.

"Тем не менее, в основании всей пирамиды лежат энергетические характеристики. Например, микросейсмическое событие позволяет нам на короткое время "зажечь свечку" и посмотреть, что находится в ближайших окрестностях, - поясняет Игорь Ельцов. - А крупное землетрясение, если продолжать аналогию, - мощный прожектор, который освещает огромное пространство и позволяет судить о внутренних оболочках Земли или крупных блоках ее коры".

Итак, еще раз: общее правило геофизики - нужна такая система наблюдений, чтобы при имеющемся наборе конструктивных параметров обеспечить высокую чувствительность к характеристикам целевых объектов. "Это современная постановка, доминирующая в нашей науке, называемая статистической теорией интерпретации", - говорит Игорь Ельцов. 

Отсюда рукой подать до еще одной особенности геофизических измерений - как ни крути, но это некий набор случайных событий, процессов и величин, которые носят вероятностный характер. То есть геофизическая задача в любом случае решается с некой долей вероятности.

Показатели, снимаемые учеными, обладают всеми атрибутами статистики: имеют матожидание, дисперсию и так далее. Соответственно, при итоговой оценке геометрии объекта это выливается в неопределенность, то же самое касается и физических свойств - электропроводности, плотности, намагниченности. Разумеется, практикующим нефтяникам или геологам такая ситуация не очень нравится. Однако, как говорит Игорь Ельцов, это правда и жестокая реальность. 

Впрочем, решение проблемы все-таки есть. Бритва Оккама, судя по всему, один из любимых инструментов геофизиков: самый распространенный способ повысить точность -комплексирование геофизических методов.

"Мы заставляем работать разные физики, и тогда области эквивалентности становятся не такими обширными, - рассказывает Игорь Ельцов. - Я в своей докторской диссертации предлагал следующий подход: геофизические измерения в скважинах проверяются на состоятельность в полях теории гидродинамики и теории двухфазной фильтрации. Когда две физики сталкиваются, то "отшелушиваются" все решения, которые не соответствуют какой-то из них. Это оказалось очень продуктивным, сейчас я развиваю направление, когда учитываются и геомеханические процессы в окрестностях скважины. Решения становятся более однозначными и достоверными. Конечно, они уже лучше воспринимаются заказчиками".

Раз уже была упомянута глубина, возникает вопрос: а как глубоко внутрь Земли могут заглянуть геофизики?

"Конечно, хочется исследовать ядро нашей планеты, хочется понимать устройство внутренних оболочек, крупных блоков земной коры, - говорит Игорь Ельцов. - Но возможности провести прямые измерения очень ограничены. Рекорд глубинности бурения составляет всего порядка 12,5 километров, это очень немного, особенно по сравнению с радиусом Земли".

Тем не менее, мы вообще знаем о том, что где-то внутри нее есть ядро исключительно благодаря геофизическим исследованиям. Нет прямых способов - но есть косвенные! Например, по данным поверхностных и скважинных наблюдений, а также по поведению электрического и магнитного поля можно понять распределение температур, плотностей и понять общую структуру внутреннего устройства нашей планеты и особенности ее строения на разных участках.

Одним из основных инструментов, которые позволяют в глобальном масштабе исследовать земной шар как тело является сейсмология. Сейсмические колебания, вызванные крупными землетрясениями, распространяются в масштабах всей Земли, соответственно, есть особенности поведения продольных и поперечных волн в разных средах. "Это и есть основание, чтобы судить о том, в каком состоянии находится земная кора, верхняя и нижняя мантия и ядро, которое мы считаем жидким", - комментирует Игорь Ельцов.

Кроме того, современная геофизика дает нам возможность посмотреть на земной шар как на мощное электродинамо - механизм, создающий магнитное поле. Кстати, оно оказалось даже более жизненно важной «субстанцией», чем гравитационное. Если говорить о далеких полетах в космос, то человечеству удалось создать искусственную гравитацию, однако этого нельзя сказать о рукотворном магнитном поле, также необходимом для существования человека.

"Глобальная геофизика, та ее часть, которая занимается проблемами масштабов всей Земли (по-другому называют ее физикой Земли), как раз занимается поведением, закономерностями распространения, становления, в том числе, и магнитного поля. Оно устроено так, что его полюса не совпадают с географическими и - одна из самых больших для меня странностей природы! - способны путешествовать и двигаться со скоростями в километры и сотни километров в год", - говорит Игорь Ельцов.

По словам директора Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука, есть много свидетельств того, что магнитные полюса меняются местами - это так называемые экскурсы магнитного поля в историческом геологическом времени. С ними  можно связать некоторые экологические события, катастрофы, появление и вымирание отдельных видов живых существ. Причем такие события были довольно частыми в истории Земли, которую люди сумели изучить.

"Исходя из реконструкций остаточной намагниченности — ее наши ученые измеряют на образцах коренных пород в различных регионах, в последнее время часто в арктических - построены палеореконструкции, - продолжает Игорь Ельцов. - Это позволяет восстановить расположение океанов и континентов в то самое историческое время и является одним из существенных доказательств того, что шельфы арктических морей являются продолжением нашего евразийского континента".

Именно такие геофизические исследования, которые Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН на протяжении последних десяти лет проводил в довольно сложных полярных экспедициях, позволили внести очень весомый вклад в заявку России в ООН на предмет претензий на шельфы северных морей.

"Такие работы продолжаются, это уже не геология, а геополитика, - шутит Игорь Ельцов, - но это связано с магнитным полем Земли, и возможности его изучения еще не исчерпаны".

Помимо Земли в сферу интересов геофизиков попали, конечно же, и другие планеты. Ближайшее небесное тело, где были проведены исследования - Луна. Теоретики давно предполагали, что сухие по своей природе породы нашего спутника, не содержащие флюидов, в поле упругих колебаний будут себя вести не так, как земные, что и подтвердилось. Очень слабые сейсмические воздействия на поверхность Луны порождают довольно долго не затухающие волны, которые позволили людям сделать представление об упругих свойствах ночного светила.

"Ну, а что у Луны нет магнитного поля, установил еще первый спутник, который был запущен туда на орбиту", - отмечает Игорь Ельцов. Он считает: непилотируемые полеты очень сильно ограничивают возможности привычных нам геофизических исследований, которые предполагают развертывание систем наблюдений, часто контактных.

"Наверное, это далекое будущее, и все, что мы можем сегодня делать - это вести косвенные исследования, возможные и с поверхности нашей планеты, и с тех спутников и аппаратов, которые мы запускаем", - комментирует директор Института нефтегазовой геологии и геофизики.

Что же дает геофизика помимо фундаментальных знаний о Земле? Разумеется, в первую очередь на ум приходит очевидная вещь: раз специалисты изучают земную кору, континентальную и океаническую, а также горные системы - прикладным приложением является поиск полезных ископаемых и разведка месторождений.

В Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН особенное внимание уделяется осадочным бассейнам, перспективным на предмет наличия в них углеводородов. Кроме того, с помощью геофизики можно искать такою жизненно важное полезное ископаемое, как вода - например, жители ряда регионов Южной Африки, где используются разработки института, поспорили бы с тем, что нефть важнее живительной влаги. 

Кроме того, геофизика изучает не только макро, но и микроструктуры - этот раздел науки называется петрофизикой и имеет дело с материалами, вынутыми из скважин, с образцами, взятыми из самых разных образований, например, вулканогенных.

"Здесь мы имеем дело с материалом, определяющим строение скелета горной породы и с флюидами, которыми эта горная порода насыщена. Чем больше мы уменьшаем масштаб, тем сложнее ведут себя геофизические поля, взаимодействуя с этим микрообъектами, и тем интереснее становятся так называемые многофизичные или кроссдисциплинарные эффекты, - поясняет Игорь Ельцов. - Допустим, воздействуя на горную породу, насыщенную электролитом, с помощью сейсмических колебаний, мы видим существенное изменение в электрофизических характеристиках. По сути, это уже близко к материаловедению".

Еще одно приложение геофизики - помощь археологам. Используя ряд методов, можно более-менее точно сказать: копать здесь. Специалисты институтов нефтегазовой геологии и геофизики и археологии и этнографии СО РАН уже долгое время работают рука об руку. Кроме того, очень много работ, которые выполняют геофизики всего мира, направлены на решение фундаментальных проблем человечества: изучение вулканов, землетрясений, гравитации, геотермального поля Земли.

"Эти современные вызовы являются приоритетными для развития цивилизации", - подчеркивает Игорь Ельцов. В их числе - исследование поведения захороненных в земной коре и расположенных на дне мирового океана огромных запасов газогидратов. Конечно,  это огромный энергетический ресурс, но в то же время - и источник колоссальной опасности. "Геофизические методы оказались очень эффективным инструментом для изучения состояния этого вещества, - говорит Игорь Ельцов. - Зоны стабильности газогидратов в первую очередь определяются геотермическим методом. Правда, иногда таких наблюдений на территории их распространения просто непростительно мало - единичные пункты и скважины. К примеру, на всем побережье моря Лаптевых всего несколько скважин, в которых ведется мониторинг температуры, оценивается тепловой поток - называемые станции геотемпературного мониторинга. Они относятся к зоне ответственности института, научно-исследовательской станции на острове Самойловский. Конечно, мы бы с удовольствием расположили их и в других точках!".

Этим списком польза от геофизики не исчерпывается. Игорь Ельцов считает, что сегодня должна идти речь о крупной программе фундаментальных исследований. Сейчас таких программ нет, наука, по сути, разобрана по другим областям: океанографии, ресурсным нефтегазовым направлениям, вулканологии, сейсмологии и так далее. "Я думаю, что геофизика способна сформировать собственное мощное научное течение", - уверен директор Института нефтегазовой геологии и геофизики. 

 

Если говорить о перспективах, то завтрашний день геофизики, по мнению Игоря Ельцова, будет определяться упомянутой многофизичностью, переходом к более реалистичным моделям, увеличением подробности описания строения, состояния и поведения вещества при взаимодействии с геофизическими полями.

"Монометоды уже не одно десятилетие сменяются общими платформами теоретических и аппаратурных решений для комбинации геофизических полей, - комментирует ученый. - То, что сегодня происходит - объединение усилий экспериментаторов, теоретиков и вычислителей. Этот триумвират сегодня определяет современное лицо геофизики, и там, где есть союз хороших специалистов, мы имеем прорывы в геофизических направлениях.  Надо отметить, такое содружество не всегда бывает успешным, очень много теорий, которые не подтверждены экспериментом, но тем не менее продолжают развиваться. И обратная ситуация - достаточно экспериментов, не объясненных теорией, и не построены модели, которые можно было бы рассчитывать. В итоге получается: лебедь, рак и щука тянут каждый в свою сторону и плохо слушают друг друга. Я думаю, глядя на успешные союзы, сегодня нужно строить продуктивные стратегии, чтобы все члены команды двигались в одном направлении. Именно с этим я связываю ближайший прогресс в развитии геофизики".

 

Екатерина Пустолякова.

Издание "Наука в Сибири"
.



Cмотрите также:  Наука  Новосибирская область
Архив
пн вт ср чт пт сб вск
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 
Поиск по сайту
Что? Где? Когда?
*****

24-28 сентября 2020 года в Иркутске пройдет кинофестиваль "Человек и природа"

******

29-30 октября 2020 года в Кемерово пройдет Сибирский форум "Цифра в культуре и искусстве"

*******

Со 2 по 7 ноября 2020 года в Приангарье пройдет фестиваль искусства "Территория. Иркутск"

******
Сохраним Байкал!

Экологический кризис на Байкале: новый эпизод с сине-зелеными водорослями
Все о клещах

Новосибирские ученые: как уберечься от заболеваний, переносимых клещами

Планета Земля

2036 год: Апофеоз или Апокалипсис?


Катастрофы: возможность или неизбежность
Реклама

Универсальная вебкамера за 1190 рублей, функция автоматической записи
*******
О проекте Контакты Партнеры  
Rambler's Top100
Copyright © 2004-2020 РИА "Сибирь"
E-mail: rian@cn.ru
Телефон: 8(383) 214-20-12