Репортаж в номер

Интернациональная команда геофизиков
проводит исследования для коллайдера NICA

В Лаборатории физики высоких энергий, на территории будущего размещения кольцевого коллайдера NICA, аспирантами и студентами кафедры общей и прикладной геофизики Университета "Дубна" под руководством выдающегося ученого-геофизика и президента университета Олега Леонидовича Кузнецова проводятся высокоточные инженерно-геофизические исследования. Работы ведутся в рамках соглашения о сотрудничестве между Университетом "Дубна" и Объединенным институтом ядерных исследований, подписание которого состоялось в марте этого года благодаря наличию новейших геофизических технологий и большого опыта проведения научно-исследовательских работ у коллектива кафедры.

В течение двух недель международная команда кафедры из 12 участников, в их числе представители Белоруссии, Египта, Эстонии, выполнит большой объем полевых работ. Затем предстоит так называемый камеральный этап - обработка и анализ данных, который потребует не менее недели напряженной работы. Исследования охватывают всю территорию, на которой будет возводиться ускорительный комплекс NICA. Неразрушающие, экологически безопасные методы позволят изучить строение верхней части земной коры до глубины 25-50 метров без шурфов и скважин. В результате работ впервые для территории строительства будет получена детальная трехмерная картина строения геологической среды, что даст необходимую информацию как строителям, так и специалистам по эксплуатации зданий и оборудования, требующего безукоризненной точности установки. Для участников это одновременно и интереснейшая научная работа на новом объекте, и полноценная производственная практика.

- Учитывая особую значимость для науки строящегося объекта, мы применяем новейшие методы высокоразрешающей электротомографии и сейсморазведки, которые позволяют с земной поверхности подробно изучать строение сложных сред. Сочетание этих двух принципиально разных геофизических методов существенно повышает точность и достоверность результатов для того, чтобы в дальнейшем во время строительства не возникло непредвиденных сложностей, - поясняет доцент кафедры общей и прикладной геофизики Степан Валерьевич Каляшин.

- Расскажите более подробно о первом виде исследований.

- Электротомография - это современная методика электроразведки, цель которой - построение двумерных геоэлектрических разрезов земной коры. Такие разрезы представляют собой распределение вдоль поверхности и по глубине электрических свойств среды (удельного сопротивления или поляризуемости). Их обычно изображают в виде цветных карт, которые дают представление о геологическом строении земной толщи.

С.В.Каляшин (слева) рассказывает о методах измерений

Для проведения электротомографических съемок необходимо специальное геофизическое оборудование - высокопроизводительные многоканальные коммутирующие станции и многоэлектродные электроразведочные косы. Обработку и интерпретацию полученных данных выполняют с помощью специальных программ одномерной, двумерной и трехмерной инверсии геоэлектрических измерений. Сейчас мы применяем оборудование и программное обеспечение, разработанное нашими коллегами - учеными геологического факультета МГУ, с которыми тесно сотрудничаем.

- Каким образом проводятся исследования и сколько для этого нужно времени?

- Перед началом работ, прежде всего, требуется провести вынос электротомографических профилей на местность с помощью высокоточных GPS/ГЛОНАСС приемников. Нам нужно "привязаться" к осям и контурам будущих сооружений и кольца коллайдера. По этим координатам ребята устанавливают в грунт 64 электрода (титановые стержни длиной 30 см) с шагом 1 метр. Чтобы улучшить контакт с грунтом, электроды иногда поливают подсоленной водой. Раскладывают и подключают к ним электроразведочные косы, а разъемы кос - к электроразведочной станции. В определенной последовательности, зависящей от поставленной задачи и свойств изучаемой среды, станция подает электрический ток особой формы на одни электроды и измеряет и записывает разность потенциалов, создаваемую при этом на других. Так происходит сбор данных. Для выполнения детальных исследований необходимы большие объемы измерений - несколько тысяч точек для каждой расстановки электродов. Поэтому сбор данных длится от 20 минут до 1,5 часов.

Обработка данных производится в два этапа. Первый алгоритмизированный - уже созданы алгоритмы и программы, которые позволяют провести инверсию и сразу, в полевых условиях, получить и посмотреть геоэлектрический разрез. Далее специалисты, используя свой опыт, методы компьютерного моделирования, анализируют полученные результаты и выдают обоснованные выводы о геологическом строении.

В частности, здесь, на территории строительства NICA, нам нужно выявить как можно больше геологических и техногенных неоднородностей, которые могут помешать строительству - валуны, пустоты. Это бывает очень важно - например, недавно в ходе проведения геофизических изысканий командой нашей кафедры были выявлены огромные карстовые пустоты под одной из строящихся федеральных автотрасс, и проектировщики были вынуждены перенести ось строящейся дороги.

- То есть у ваших работ есть рациональное зерно, это не только учебно-методическая работа?

- Именно так. Это интересная поисковая научно-исследовательская работа. В качестве одного из практических результатов мы определяем расположение неоднородностей геологической среды, и специалистам, которые будут заниматься установкой более 3 тысяч свай фундамента коллайдера, будет понятно, нужно ли провести какие-то мероприятия, чтобы облегчить строительство. Наши технологии позволяют отчетливо выявлять неоднородности диаметром от 25 см. С глубиной разрешающая способность уменьшается, но на глубинах 10-15 метров (что и необходимо для установки свай) неоднородности выявляются уверенно.

- Как долго применяется вообще эта методика?

- Электротомография - это молодая геофизическая методика, она появилась в 1990-х годах как логичное объединение вертикального электрического зондирования и электропрофилирования и продолжает стремительно развиваться аппаратурно и программно. Скорость проведения измерений возросла в десятки раз. Привлекательность методики для геофизиков и геологов состоит в том, что она позволяет сразу получить двумерный разрез среды. Немаловажно, что электротомография как методика инженерно-геологических изысканий рекомендована Госстроем России и официально применяется в строительстве.

О втором виде исследований рассказал Сергей Олегович Колигаев (на снимке в центре), заведующий лабораторией обработки и интерпретации данных геофизических исследований кафедры общей и прикладной геофизики: "Сейсмические исследования на этом объекте мы проводим по нескольким основным методикам, реализующим, в первую очередь, традиционные методы сейсморазведки с использованием преломленных и отраженных волн, а также новые методы сейсмотомографии, основанной на использовании поверхностных волн. После обработки данных сейсморазведки предполагается получить геофизический разрез с последующим совмещением его с данными бурения. Работы ведутся с использованием 48-канальной инженерной сейсмостанции, причем для получения требуемой детализации геофизического разреза минимизируем интервалы расстановки сейсмодатчиков.

Параллельно со сбором данных мы выполняем их экспресс-обработку для контроля собранного полевого материала. Результаты экспресс-обработки уже показали высокий уровень грунтовых вод (1,8-2 метра), что хорошо совпадает с данными бурения. Более полную и точную картину мы получим после привязки геодезических данных и комплексирования результатов всех используемых методов".

Галина МЯЛКОВСКАЯ,
фото Елены Пузыниной