Проект ученых Института наук о Земле поддержан РНФ и DFG
Российский научный фонд и Немецкое научно-исследовательское общество (DFG) подвели итоги пятого совместного конкурса на получение грантов по приоритетному направлению деятельности. Среди 18 победителей — пять проектов ученых СПбГУ, в том числе доцента кафедры геофизики Института наук о Земле Александра Сараева, который рассказал подробнее о своей работе и сотрудничестве с немецкими коллегами из университета Кёльна.
Александр Карпович, тема Вашего исследования − «Тензорная 3D интерпретация данных РМТ-К с использованием новых высокочастотных источников и учетом токов смещения и анизотропии». В чем заключается главная цель проекта?
Наша группа занимается развитием метода радиомагнитотеллурических (РМТ) зондирований. Метод основан на измерениях электромагнитных полей радиостанций и предназначен для изучения относительно небольших глубин от 1 до 30 м. Наиболее эффективно применение РМТ зондирований в населенных регионах, где имеется возможность измерения полей радиостанций сверх длинноволнового, средневолнового и длинноволнового диапазонов частот (10-1000 кГц). Однако, в удаленных, в том числе в арктических регионах радиостанций мало, и применение метода РМТ менее эффективно. Для этих условий необходимо использовать собственный (контролируемый) источник электромагнитного поля.
Модификация РМТ с контролируемым источником (РМТ-К), помимо возможности работ в удаленных регионах, обеспечивает более значительную глубинность изучения разреза до 100-150 м. В настоящее время в методе РМТ-К используются источники двух типов – вертикальная петля и горизонтальный кабель. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Также возможно использование источника третьего типа – горизонтальной петли.
Задача нашего исследования – это, прежде всего, провести сравнительную оценку эффективности этих источников в различных геолого-геофизических условиях, а также разработать методы интерпретации данных зондирований с этими источниками, получаемых в неоднородных и анизотропных средах.
В чем будет заключаться экспериментальная часть исследования?
Полевые эксперименты с источниками разных типов мы будем проводить на геофизических полигонах в Ленинградской области при помощи оборудования Института наук о Земле и Научного парка СПбГУ. Мы с коллегами также планируем модернизировать оборудование, в частности, разработать блоки согласования генератора и петлевых источников.
Как Ваши исследования помогут при геологоразведочных работах?
Метод РМТ-К может применяться для решения широкого круга геологических, инженерно-геологических и экологических задач. Результаты, полученные нашей группой и другими исследователями, показывают возможности поиска неглубоко залегающих (до 100-150 м) месторождений минерального сырья, выделения карстовых пустот, изучения строительных площадок, трасс дорог, газо- и нефтепроводов, контроля состояния ограждающих дамб, обнаружения утечек нефтепродуктов, изучения участков загрязнений грунтов солями тяжелых металлов и др.
Особенно перспективен метод для использования в Арктическом регионе. Проведение работ в Арктике затрудняется целым рядом неблагоприятных факторов. Летом на участках каменистых почв сложно выполнять заземление приемных линий, а зимой мешает снежный и ледяной покров. Использование бесконтактных приемных линий электрического поля в аппаратуре РМТ-К позволяет выполнять работы круглый год. Кроме того, метод отличается высокой производительностью. Так, съемки РМТ-К в 10 раз быстрее более распространенных на практике методов, таких, как вертикальное электрическое зондирование и электротомография.
Какие результаты вы планируете получить по окончанию первого этапа работ?
На первом этапе мы планируем разработать новые высокочастотные источники электромагнитного поля. Ранее мы уже использовали горизонтальный кабель. Сейчас будут разработаны и изготовлены вертикальная петля и горизонтальная петля с блоками согласования, которые будут компенсировать реактивное сопротивление петли и настраивать источник в резонанс.
Затем мы приступим к полевым испытаниям разработанных источников на геофизических полигонах. Дополнительно будет проведено математическое моделирование для источников разного типа и выполнен анализ их нормальных электромагнитных полей с учетом используемых высоких частот. Для объектов планируемых полевых экспериментальных работ наша группа построит геоэлектрические модели и выполнит математическое моделирование с использованием современного программного обеспечения, в том числе разработанного непосредственно нами.
Расскажите, пожалуйста, о Ваших партнерах с немецкой стороны. Как давно Вы сотрудничаете и как будет строиться Ваша совместная работа в рамках проекта?
С группой профессора Б. Тезкана из Университета Кёльна мы сотрудничаем уже более 25 лет. Профессор Тезкан – известный ученый, член редколлегии журнала Near Surface Geophysics. Многочисленные аспиранты из Индии, Индонезии, Ирана, Турции и других стран активно участвуют в выполнении проектов его группы.
Одной из первых наших совместных работ был проект ЕС «Коперникус», в рамках которого мы существенно продвинулись в развитии метода РМТ. Были совместные проекты Министерства экологии Испании и Фонда развития малых инновационных предприятий РФ, нацеленные на разработку технологий РМТ и РМТ-К. Успешно выполнены два совместных проекта Международного научно-технического центра (МНТЦ) по тематике прогнозирования землетрясений.
При проведении работ по проекту РНФ наша группа будет заниматься в основном экспериментально-теоретическими исследованиями и проведением полевых экспериментов (с участием германских специалистов). Основными задачами германской группы являются развитие программного обеспечения, математическое моделирование и интерпретация получаемых данных с учетом неоднородностей разрезов и различных вариантов взаимного расположения генераторных и приемных блоков аппаратуры РМТ-К.