Кафедра геофизики

Бакалавриат

Преподаватели нашей кафедры читают лекции, проводят семинары и практические занятия для студентов разных специальностей Института наук о Земле. Так, бакалаврам-геологам читают следующие курсы:

  • Геофизика для геологов (см. рис. 2).
  • Геология и полезные ископаемые океана и полярных регионов.
  • Спецкурсы для более углублённой специализации в области геофизики (сейсморазведка, электроразведка, каротаж, рудная геофизика, и пр.).

Кроме того, те, кто на третьем курсе выбрал нашу специальность, проходят учебную практику по геофизике.

Рис. 2. Учебник «Геофизика для геологов»

Географы слушают курс «Геофизические методы геолого-геоморфологических исследований», нефтяники – два курса: «Геофизика» и «Геофизические исследования скважин». Для экологов мы специально разработали курс «Экологическая геофизика». Мы также проводим занятия по геофизическим методам на специальной зимней практике по лимнологии. Даже, казалось бы, такие далекие от геологии специалисты в области кадастра недвижимости заказали у нас курс «Физика Земли».

Магистратура

Кафедра геофизики реализует основную образовательную программу магистратуры «Геофизика», которая нацелена на углубленное изучение геофизических методов, вопросов их комплексирования и применения. Программа включает глубокое изучение всех геофизических методов: сейсморазведку, электроразведку, магниторазведку, гравиразведку, каротаж скважин. Мы также обсуждаем комплексирование этих методов для решения геологических задач:

  • картографирование территории страны в разных масштабах;
  • прогнозно-поисковые работы на углеводородное сырье и твердые полезные ископаемые;
  • поисковые работы;
  • разведка;
  • инженерные изыскания для строительства;
  • поиски, разведка и оценка месторождений подземных вод.

Сейчас мы готовим новый курс по геофизике при поисках и разведке источников геотермальной энергии. Мы показываем особенности методики, применения и результатов геофизики в условиях съемок на море, на суше и с воздуха (самолеты, вертолеты, дроны).

В магистратуре мы рассматриваем методы геофизики всесторонне: теоретические (физические, математические и химические) основы, методика полевых работ, оценка качества данных, обработка полученных материалов, физико-математическая (формальная) и геологическая интерпретация данных.

Учебный план программы «Геофизика» включает в себя базовые курсы, дающие необходимые знания для успешного освоения профессии, специализированные курсы, позволяющие существенно повысить свои компетенции в области наиболее широко применяемых на практике методов геофизики, а также прикладные курсы, направленные на формирование у выпускников стратегического мышления для решения конкретных геологических задач с помощью геофизики. Мы также не пренебрегаем элементами экономического и юридического образования с тем, чтобы наши студенты были готовы запускать собственные стартапы.

Наша магистратура – открытая; мы принимаем выпускников смежных программ: геологов, географов, физиков, математиков, химиков, биологов, желающих освоить интересную и востребованную профессию.

Обучение включает следующие курсы.

  1. Геологические и инженерные курсы: Физика для геологов; Петрофизика; Математические основы обработки сигналов; Геология; Геофизическая аппаратура; Геостатистика; Геоинформационные системы в геофизике; Бассейновый анализ.
  2. Сейсморазведка: Сейсморазведка; Обработка сейсмических данных; Динамический анализ сейсмических данных; Геологическая интерпретация сейсмических данных.
  3. Электроразведка: Электродинамика пористой среды; Электроразведка; Электромагнитные зондирования.
  4. Гравиразведка, магниторазведка: Потенциальные методы; Геологическая интерпретация данных потенциальных методов.
  5. Геофизические исследования в скважинах: Каротаж; Скважинная геофизика.
  6. Прикладные курсы (case studies и особенности методики и технологий): Нефтегазовая геофизика; Инженерная геофизика; Региональная геофизика; Рудная геофизика; Морская геофизика; Аэрогеофизика.
  7. Курсы в области компьютерных технологий: Наука о данных; Программирование на Python; Обработка и анализ данных на Python; Применение машинного обучения для решения геолого-геофизических задач. 

Практики

Для студентов бакалавриата направления Геология после 3 курса проводится специализированная учебная практика по геофизике на Хаутаваарском полигоне (Республика Карелия). Студенты осваивают комплексы методов рудной геофизики (магниторазведка, электропрофилирование и зондирование методами сопротивления и вызванной поляризации, метод естественного электрического поля) и малоглубинной геофизики (сейсморазведка методом преломленных волн, электротомография и вертикальные электрические зондирования (рис. 4), георадиолокация), а также знакомятся с методом переходных процессов и особенностями проведения геофизической съемки на акваториях. Программа практики включает весь цикл работ от постановки задачи и выбора комплекса методов до обработки полученных данных и их геологической интерпретации непосредственно в полевых условиях. В результате студенты не только закрепляют знания, полученные на теоретических курсах, но и готовятся к будущим самостоятельным исследованиям.

Рис. 3. Дружная группа студентов во главе с доцентом Мариной Петровной Кашкевич на практике в Хаутавааре. Обгон – запрещен!

Производственные практики студентов-геофизиков бакалавриата и научно-исследовательские практики магистрантов проходят в профильных организациях, включая отраслевые институты ( крупные нефтегазовые компании (ПАО «Газпром», НК «Роснефть», ООО «Газпромнефть НТЦ» и др.) и производственные организации, специализирующиеся на решении задач рудной и инженерной геофизики. Студенты имеют возможность пройти практики в ресурсных центрах и лабораториях СПбГУ, выполняя исследования в рамках научных проектов сотрудников Института наук о Земле. На период практики студенты, как правило, трудоустраиваются, получают хороший опыт, собирают материал для будущей выпускной работы.

Рис. 4. Сотрудники и студенты кафедры проводят изыскательские работы методом ВЭЗ на участке будущего строительства в парке Остров фортов (г. Кронштадт).

Аспирантура

Кафедра геофизики осуществляет подготовку научно-педагогических кадров по специальности «1.6.9. Геофизика». Ниже представлены научные направления, которые кафедра предлагает будущим аспирантам.

 Доктор геолого-минералогических наук, профессор К.В. Титов:

  • Петрофизика при поисках месторождений твердых полезных ископаемых;
  • Скважинная геофизика и петрофизика при средне- крупномасштабном картографировании территории Российской Федерации;
  • Оценка фильтрационно-емкостных свойств коллекторов на основе геофизических данных;
  • Совершенствование теоретических основ, методики и интерпретации данных спонтанной и вызванной поляризации.

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент А.В. Буторин:

  • Инверсия сейсмических данных и использование упругих свойств для прогноза фильтрационно-емкостных характеристик пород;
  • Интерпретация данных сейсморазведки с использованием методов машинного обучения;
  • Использование сейсмических данных до суммирования для оценки геологических свойств разреза.

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Г.Л. Лейченков:

  • Сейсмостратиграфия глубоководных осадочных бассейнов;
  • Тектоника и геодинамика пассивных континентальных окраин;
  • Ледниковые формы рельефа морского дна (интерпретация данных многолучевого эхолотирования и сейсмических данных высокого разрешения);
  • Строение земной коры и история геологического развития Антарктики.

Кандидат физико-математических наук, доцент С.А. Меркурьев:

  • Развитие теории и методов интерпретации морских магнитных аномалий.

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент В.В. Половков:

  • Методика инженерно-геофизических исследований с донным оборудованием и обработка полученных данных;
  • Технологии синхронизации временной шкалы автономных донных станций и сейсмического волнового поля с помощью статистических методов обработки сейсмических данных;
  • Технология обработки поверхностных волн с помощью нейронных сетей.

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент А.К. Сараев:

  • Развитие метода радиомагнитотеллурических зондирований на основе применения контролируемых источников разного типа;
  • Мобильный вариант радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником;
  • Система мульти-параметрического электромагнитного мониторинга сейсмической активности в диапазонах ультранизких и сверхнизких частот.

В 2020-2023 гг. на кафедре были подготовлены диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук, которые представлены или вскоре будут представлены к защите:

  • Комплексная электропроводность кимберлита Северо-Востока Анголы (В.Ю. Абрамов, научный руководитель  профессор К.В. Титов).
  • Вызванная поляризация глин (В.И. Емельянов, научный руководитель – профессор К.В. Титов)
  • Геофизический образ озёр антарктических оазисов (С.Д. Григорьева, научный руководитель – доцент М.П Кашкевич, представлена к защите).
  • Выявление особенностей строения ледников Антарктиды по результатам радиолокации и математического моделирования (А. А. Суханова, научный руководитель доцент М.П. Кашкевич)
  • Палеомагнитная характеристика глубоководных донных осадков области Центрально-Арктических поднятий, Северный Ледовитый океан (Д.В. Элькина, научный руководитель – профессор А.Л. Пискарёв-Васильев, представлена к защите).

Темы курсовых и выпускных работ

Ниже приведены темы курсовых работ (для студентов 1-3 курсов бакалавриата) и выпускных квалификационных работ в бакалавриате и магистратуре.

Профессор К.В. Титов:

Направление: развитие теории, методики и методов интерпретации естественной и вызванной поляризации.

Курсовые и ВКР, бакалавриат:

  1. Процедура и история насыщения порового пространства водой: моделирование влияние на комплексную электропроводность.
  2. Использование явления электроосмоса в геологии: стабилизация грунтов, обработка коллекторов и насыщение образцов.
  3. Комплексная электропроводность песчано-глинистых смесей: закономерности в зависимости от количества и типа глины.
  4. Электрические и механические свойства глин низкой пористости
  5. Вызванная поляризация пород, содержащих электронопроводящие минералы, в зависимости от pH среды.
  6. Вызванная поляризация смеси песка, магнетита, гематита и глин в разных соотношениях – упрощенная модель изменённой кимберлитовой брекчии.
  7. Комплексная электропроводность смесей глин и электронопроводящих минералов.
  8. Как промоделировать физически переход от гранулярной к капиллярной модели порового пространства?
  9. Смеси минералов глин и карбонатных минералов: зависимость изоэлектрической точки двойного слоя, интенсивности и постоянной времени ВП от химизма поровой влаги.

ВКР, магистратура:

  1. Комплексная электропроводность кимберлита участка «Мутное» (Якутия).
  2. Влияние вызванной поляризации на переходной процесс, измеряемый индукционным методом во временной области.
  3. Влияние течения жидкости в пористой среде на интенсивность и постоянную времени вызванной поляризации.
  4. Измерения комплексной электропроводности на образцах неправильной формы в лабораторных условиях: оценка надежности и ошибок.
  5. Численное моделирование электрических свойств ионопроводящих пород и пород, содержащих электронопроводящие минералы.

Доцент Н.Ю. Бобров:

Направление: применение геофизических методов в геоморфологических, палеогеографических, геокриологических исследованиях, моделирование данных электромагнитных зондирований.

Курсовые 1-3 курс, бакалавриат:

  1. Электроразведка в геоморфологических и палеогеографических исследованиях.
  2. Частотная дисперсия при электромагнитных зондированиях.
  3. Электрические свойства мёрзлых пород.
  4. Геофизические методы исследования многолетнемёрзлых пород.
  5. Электротомография таликовых зон.
  6. Геофизический образ астроблем.
  7. Георадиолокация песчаных отложений.
  8. Георадиолокация в палеолимнологии.
  9. Геофизика в археологии Нового времени.

ВКР, бакалавриат:

  1. Частотные зондирования с вертикальным магнитным диполем.
  2. Магнитная вязкость импактитов (полевые и лабораторные исследования).
  3. Строение прибрежных песчаных отложений Финского залива по геофизическим данным.

ВКР, магистратура:

  1. Комплекс геофизических методов для исследования высокотемпературных мёрзлых пород
  2. Строение мерзлотного разреза карбонового полигона «Семь лиственниц» по данным электроразведки

Доцент А.В. Буторин:

Направление: развитие теории, методики и методов интерпретации сейсморазведочных данных.

Курсовые и ВКР, бакалавриат:

  1. Частотно-временной анализ данных сейсморазведки для анализа геологического строения.
  2. Методы инверсии и подходы к интерпретации данных сейсморазведки для оценки коллекторских свойств геологического разреза.
  3. Подходы к оценке неопределенности в ходе интерпретации данных сейсморазведки.
  4. Методы построения скоростных моделей для формирования структурного каркаса геологической модели.

ВКР, магистратура:

  1. Использование машинного обучения для картирования разломов по данным сейсморазведки (Machine learning algorithms for faults interpretation from seismic data)
  2. Методы повышения разрешающей способности данных сейсморазведки (Methods of seismic resolution increasing)
  3. Сейсмическая инверсия как инструмент оценки коллекторских свойств (Seismic inversion for reservoir estimation)
  4. Анализ данных до суммирования для оценки коллекторских свойств (Pre-stack seismic data analysis for reservoir estimation)

Доцент М.П. Кашкевич:

Направление: развитие и применение методов малоглубинной геофизики

Курсовые и ВКР, бакалавриат:

  1. Методы геофизики при изучении многолетнемерзлых пород.
  2. Комплекс методов электроразведки для оценки коррозионной активности грунтов при прокладке трубопроводов.
  3. Морфометрические характеристики озер (рельеф дна, объем воды) по данным георадиолокации.
  4. Картирование торфяников методом георадиолокации.
  5. Решение вопросов обеспечения безопасности транспортных операций в полярных регионах с применением методов геофизики.

ВКР, магистратура:

  1. Оценка состояния ледовых аэродромов по данным георадиолокации (на примере работ в районе взлетно-посадочной полосы Ново (The estimation of iсе airfields condition according to GPR data (by example of investigations in the Novo Runway area).

Профессор Г.Л. Лейченков:

Направление: интерпретация данных сейсморазведки

Курсовые и ВКР, бакалавриат:

  1. Проявление тектонических сдвигов в сейсмической записи.
  2. Проявление соляных диапиров в сейсмической записи.
  3. Сейсмотратиграфический анализ, основные принципы.
  4. Строение и эволюция вулканических континентальных окраин.
  5. Импакт-структуры (астероидные кратеры) и их выявление по геофизическим данным.

Доцент С.А. Меркурьев:

Направление: развитие теории и методов интерпретации морских магнитных аномалий.

Курсовые 1-3 курс, бакалавриат:

  1. Куда и почему «бежит» Южный магнитный полюс?
  2. Можно ли бесконтактно определить возраст базальтов (кристаллических пород) океанического дна?
  3. Как определить куда движутся литосферные плиты?

ВКР, бакалавриата:

  1. Особенности строения магнитоактивного слоя на Срединно-Океанических хребтах с различной скоростью спрединга.
  2. Анализ амплитуды суточного хода модуля геомагнитного поля по данным магнитовариационных станций в Казахстане.

ВКР, магистратуры:

  1. Строение и эволюция Срединно-Атлантического хребта в районе зоны разломов Чарли-Гиббса.
  2. Анализ методов вычисления теоретических морских магнитных аномалий спредингового типа. 

Профессор А.Л. Пискарев-Васильев:

Направление: Комплексный анализ геолого-геофизических данных, моделирование строения земной коры Арктического региона.

Курсовые 1-3 курс, бакалавриат:

  1. Неогеновое осадконакопление в котловине Подводников Северного Ледовитого океана по результатам совместного анализа палеомагнитных и сейсмических данных.
  2. Формирование осадочного чехла котловины Подводников Северного Ледовитого океана по данным анализа распределения с глубиной скоростей продольных волн.
  3. Построение 3D моделей земной коры ключевых структур Арктического бассейна с помощью пакета программ Oasis Montaj.

ВКР, бакалавриат:

  1. Формирование осадочного чехла котловины Подводников Северного Ледовитого океана по данным анализа распределения с глубиной скоростей продольных волн.

ВКР, магистратура:

  1. Неогеновое осадконакопление в котловине Подводников Северного Ледовитого океана по результатам совместного анализа палеомагнитных и сейсмических данных.
  2. Построение 3D моделей земной коры ключевых структур Арктического бассейна с помощью пакета программ Oasis Montaj.

Доцент В.В. Половков:

Направления: сейсморазведка и обработка сейсмических данных: нефтегазовая сейсморазведка, инженерная сейсморазведка, региональная сейсморазведка, морская сейсморазведка. Программирование на языке Python и машинное обучение при обработке сейсмических данных.

Курсовые и ВКР, бакалавриат и магистратура:

  1. Скорости распространения сейсмических волн в горных породах.
  2. Амплитуды сейсмических волн и их затухание в горных породах.
  3. Какие бывают сейсмические волны и как они распространяются в геологической среде?
  4. Методики и технологии проведения сейсмических исследований.
  5. Основы обработки данных нефтегазовой сейсморазведки.
  6. Полезные сейсмические волны и волны-помехи в нефтегазовой сейсморазведке.
  7. Основы обработки данных инженерной сейсморазведки.
  8. Инженерная сейсморазведка: цели, задачи, методы исследования, примеры применения.
  9. Нефтегазовая сейсморазведка: цели, задачи, методы исследования, примеры применения.
  10. Изучение опасных геологических явлений на акваториях при проведении инженерно-геофизических исследований.
  11. Что такое газогидраты и как их обнаружить с использованием геофизических данных?
  12. Как можно «увидеть» залежи нефти и газа без бурения?
  13. Изучение строения земной коры с помощью сейсмических данных.
  14. Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW) при проведении инженерно-геофизических исследований.
  15. Построение скоростной модели среды с использованием сейсмической томографии: теория и практика метода.

Доцент Т.С. Сакулина:

Направление: развитие методов сейсморазведки, цифровая обработка сейсмических данных, глубинные сейсмические исследования на акватории.

Курсовые 1-3 курс, бакалавриат:

  1. Сейсмический метод отраженных волн (МОВ).
  2. Сейсмический метод преломленных волн (МПВ).
  3. Глубинные сейсмические зондирования (ГСЗ).
  4. Морская сейсморазведка.
  5. Непрерывное сейсмоакустическое профилирование (НСАП).
  6. Сейсмические исследования в скважинах.
  7. Многоволновая сейсморазведка (МВС).
  8. Математическое моделирование сейсмических полей.
  9. Вертикальная и горизонтальная разрешенность сейсмических записей.
  10. Основы способа общей глубинной точки (ОГТ) в методе отраженных волн.
  11. Сейсмические скорости и способы их определения в методе отраженных волн.
  12. Сейсмическая томография по годографам первых вступлений.
  13. Преобразования сейсмических записей в процессе обработки.
  14. Волны-помехи в морской сейсморазведке и основные подходы для их ослабления.
  15. Поверхностные волны и их использование для изучения верхней части разреза.
  16. Критерии выявления залежей углеводородов по сейсмическим данным.

ВКР, бакалавриат:

  1. Способы ослабления кратных отраженных волн при обработке сейсмических данных.

ВКР, магистратура:

  1. Миграционные преобразования сейсмических записей в методе отраженных волн.
  2. Изучение земной коры методом глубинного сейсмического зондирования (на выбор несколько опорных профилей).

Доцент А.К. Сараев:

Направление: развитие методов электромагнитных зондирований и применение методов каротажа.

Курсовые 1-3 курс, бакалавриат:

  1. Природа и особенности естественных электромагнитных полей, используемых в магнитотеллурических методах.
  2. Электромагнитные предвестники землетрясений.
  3. Метод аудиомагнитотеллурических зондирований.
  4. Метод аудиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником.
  5. Метод радиомагнитотеллурических зондирований.
  6. Метод радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником.
  7. Методы электрического каротажа при изучении разрезов нефтяных и газовых скважин.
  8. Методы ядерно-геофизического каротажа при изучении разрезов нефтяных и газовых скважин.
  9. Методы нейтронного каротажа при изучении нефтегазовых коллекторов.
  10. Выделение межзерновых коллекторов на месторождениях нефти и газа по данным комплекса методов каротажа.

ВКР, бакалавриат:

  1. Применение метода радиомагнитотеллурических зондирований при решении инженерно-геологических и экологических задач.
  2. Применение комплекса методов каротажа для изучения продуктивных коллекторов месторождений углеводородов (Уренгойское месторождение).

ВКР, магистратура:

  1. Применение метода радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником для изучения анизотропии пород.
  2. Применение метода радиомагнитотеллурических зондирований, мобильного варианта, для быстрых съемок.
  3. Применение комплекса методов каротажа для изучения продуктивных коллекторов месторождений углеводородов (Красноленинское месторождение).

Доцент В.А. Савин:

Направления: развитие и применение методов разведочной геофизики, совершенствование алгоритмов обработки и интерпретации геофизических данных с целью прогноза и поиска месторождений полезных ископаемых.

Курсовые 1-3 курс, бакалавриат:

  1. Геофизика – полезный инструмент или «темное искусство»?
  2. Методы разведочной геофизики.
  3. Современные методы цифровой обработки геофизических данных.
  4. Что такое амплитудно-частотный спектр сигнала?
  5. Методы фильтрации геофизических данных.
  6. Преимущества и недостатки амплитудных и фазовых деривативов в геофизике.
  7. Методы машинного обучения при интерпретации данных в современной геофизике.

ВКР, бакалавриат и магистратура:

  1. Геофизические критерии для поиска и картирования редкометальных пегматитов;
  2. Структурное картирование при поисках месторождений золота орогенного типа;
  3. 3D геофизическое моделирование медно-порфировых систем;
  4. Использование машинного обучения при интерпретации геофизических данных для прогноза и поиска месторождений полезных ископаемых.