Наши юбиляры - 50 ЛЕТ ЛАБОРАТОРИИ ГЕОФИЗИКИ!

07.11.2014

Презентация  "Лаборатории геофизики 50 лет!"


Пятьдесят лет геофизических исследований

в Институте геологии Кар НЦ РАН

Н.В. Шаров


Пятьдесят лет - много это или мало? Никто не даст ответа. Все относительно. С позиции геологического времени 50 лет - даже не мгновение, а много меньше. Но мы - не камни, и время меряем длиной человеческой жизни, сменой поколений. Оглядываясь назад, видим, как много прошло человеческих судеб, в той или иной мере связанных с деятельностью лаборатории геофизики Института Геологии. Становится ясно: 50 лет это очень много, много не только с точки зрения прожитых судеб, но и с позиции научных исследований и технических средств, составлявших основу деятельности лаборатории на разных этапах ее становления. Шутка ли за 50 лет мы прошли путь от стрелочного прибора, карандаша и логарифмической линейки до программируемых цифровых измерительных станций, спутниковой навигации и мощных систем хранения и обработки данных на основе компьютера и Интернета. Но вернемся к юбилею и вкратце расскажем о своих предшественниках, на которых равнялись, и своих коллегах, с которыми делили радости и невзгоды трудового пути.

Итак, уже на второй  год после  организации 18 мая 1961 года Института геологии КарФ АНСССР была создана геофизическая ячейка. Работа началась в 1962 г. с изучения проблем палеомагнетизма (П.Л. Кацеблин). Одной из главных задач института стало исследование возможностей геологических и геофизических методов при поисках и разведке месторождений слюды. В институт были приглашены специалисты в этой области, в том числе и геофизики. Проводятся наблюдения электроразведочными методами. 2 ноября 1964 г. по приказу директора института К.О. Кратца организована лаборатория геофизики. Заведующим этой лаборатории избран М.И. Голод, который возглавлял ее в течение 25 лет.
Выделяются направления: слюдяное и палеомагнитное. Первое из них разрабатывали М.И. Голод, А.С. Гришин, Б.Н. Клабуков и М.Н. Клабукова, второе - П.Л. Кацеблин, Н.Т. Кищенко, М.И. Павлова, А.И. Коронен, впоследствии Т.С. Игнатьева и С.Я. Соколов. В результате было установлено направление намагниченности йотнийских песчаников Южной Карелии и составлена палеомагнитная стратиграфия этих отложений, а затем проведен полный цикл палеомагнитных исследований древних образований Южной Карелии - кварцитов, кварцито-песчаников, шунгитовых сланцев, известняков, доломитов и диабазов.

Исследование слюдяных месторождений началось с изучения физических свойств горных пород. В Сайнаволоке под Петрозаводском организуется лаборатория, оборудованная для измерения плотности пород, их магнитной восприимчивости, остаточной намагниченности, удельного электрического сопротивления, диэлектрической проницаемости, поляризуемости, скорости прохождения упругих колебаний, пористости. Измерением физических свойств занимались Б.Н. Клабуков, А.И. Савицкий, С.Я. Соколов, М.И. Павлова, В.И. Коршунова, М.Н. Клабукова. Большое внимание уделялось изучению электрических параметров горных пород, так как в геофизическом комплексе преобладают электрические методы разведки.

Массовое измерение физических свойств образцов горных пород по коллекциям геологов было использовано для составления петроплотностных и петромагнитных карт различных регионов Карелии (Н.Т. Кищенко, Т.С. Игнатьева). Материалы вошли в изданные ВСЕГЕИ в 1977 г. под редакцией Н.Б. Дортман петромагнитную и петроплотностную карты. По данным ВЭЗ, параметрическим измерениям удельного электрического сопротивления на обнажениях горных пород, составлена петроэлектрическая карта четвертичных отложений Карелии (М.И. Голод, А.Д. Лукашов) и схема электрического сопротивления горных пород Карелии (М.И. Голод, Б.Н. Клабуков).

Важную роль в развитии геофизических исследований в Институте геологии сыграл визит комиссии ОГГГ АН СССР во главе с академиком В.И. Смирновым в 1971 году. Целевым назначением было открыто финансирование на приобретение современного геофизического оборудования, выделены штатные единицы для приглашения геофизиков. В 1973 году коллектив лаборатории переключился на изучение глубинного геологического строения восточной части Балтийского щита. Из полевых методов был выбран метод теллурического зондирования (МТЗ); из камеральных — гравиразведка. Институт приобрел современную электроразведочную аппаратуру: ЦЭС-1, ЦЭС-2, МТЛ, ЭРС-71, на которой получены оригинальные материалы в виде кривых МТЗ.

Эти кривые имели ярко выраженный минимум, указывающий на существование в верхней мантии на территории Северной Карелии проводящего слоя. В следующих темах (по Центральной и Южной Карелии) лаборатория осуществляла профильные исследования методом магнитотеллурического зондирования вдоль широтных трасс (Кемь - Калевала, Надвоицы, Костомукша и др.), так как основные простирания геологических структур Карелии - меридиональные. Особенностью территории Карелии является почти повсеместное распространение горных пород с высоким удельным электрическим сопротивлением (граниты, гнейсы и т. д.), что способствует очень глубокому распространению электромагнитных полей. Исследования по глубинному строению юго-западной части Балтийского щита геофизическими методами проводились совместно с другими отечественными и зарубежными организациями (проект ЭЛАС-АН СССР и Академия Финляндии, проект КАПГ социалистических стран). В мае 1985г. в Петрозаводске на базе лаборатории геофизики состоялся советско-финляндский семинар «Глубинная электропроводность Балтийского щита».

А.С. Гришиным получены трансформации поля силы тяжести на высоты 5;7,5; 10; 15; 20 и 25 км. При совместном анализе этих карт, имеющихся материалов по магнитной съемке, и геологическому строению, отчетливо устанавливается корреляционная связь между геологическими элементами и аномалиями потенциальных полей. Выделены три геоблока па территории Карелии - Беломорский, Kapeльcкий и Ладожский, а так же блоки II порядка. Основные результаты исследований гравитационного поля Карелии опубликованы в 1983.

Изучение естественной радиактивности горных пород с помощью гамма-спектрометра на обнажениях (по несколько десятков замеров) с вычислением содержания трех радиоактивных элементов, и проведенный А.В. Савицким расчет теплового потока, который равен от 40 мВт/м2 на породах Беломорского блока до 75 мВт/м2 в Ладожском блоке.

В 1988 г. изобретен и внедрен на Костомукшском ГОКе магнитный способ определения концентрации ферромагнетика в порошковых пробах полуфабрикатов железных руд и промышленных отходах на содержание железа (В.А. Земцов, А.С. Зотов, П.Л. Кацеблин).

С 1989 г. геофизические исследования по глубинному строению земной коры верхней мантии Карелии продолжилось под руководством А.С. Гришина (1990-1993гг.), Б.Н. Клабукова (1993-1995гг.), М.М, Филиппова (1995-2000гг.), Н.В. Шарова с 2000 года по настоящее время.

В рамках исследований лаборатории можно отметить следующие работы: радиоэлектромагнитные измерения в сверхдлинноволновом диапазоне (Ю.Д. Бородулин, Ю.М. Стенарь), что позволило оценить электропроводность наиболее представительных комплексов коренных пород в их естественном залегании и по этим данным удалось построить схему электропроводности верхней части земной коры Карелии в масштабе 1:2500000; петрологическая изученность многочисленных фоновых и аномальных объектов Карелии (Н.Т. Кищенко); дипольные зондирования с генератором ЭРС-71 с разносами до 30 км (А.П. Инин); использование промышленных ЛЭП для исследований
электропроводности коры (С.Я. Соколов, А.П. Инин).

В 1994 г. по просьбе Петрозаводского госуниверситета на территории Ботанического сада была проведена съемка геомагнитного поля Земли (Б.Н. Клабуков, В.И. Коршунова и М.Н. Клабукова). Работами выяснено, что аномалии магнитного поля имеют геологическое и техногенное происхождение. Наиболее магнитными являются южные и юго-западные части участка, связанные с покровами вулканогенных пород нижнего протерозоя.

Исследования шунгитовых сланцев начались по совету заведующего кафедрой геофизики Ленинградского университета А.С. Семенова. В 1971 г. М.И. Голод и М.И. Павлова впервые опробовали электроразведку в зоне распространения шунгитовых сланцев в районе дер. Шуньга. Выбор методики работ был затруднен тем, что все предыдущие исследования проводились в Северной Карелии на породах с очень большим удельным сопротивлением, а здесь порода оказалась проводящей. Выяснилось, что на шунгито- содержащих породах возможно исследования методом электрического профилирования с разносом питающих электродов 30 м и приемных 10 м.

С 1975 г. в лаборатории геофизики создано новое ядерно-геофизическое направление исследований (М.М. Филиппов). Оборудовано помещение, получено разрешение от санэпидемстанции на работу с источниками ионизирующих излучений, приобретена специальная аппаратура и оборудование. Первоначально группа ядерной геофизики (М.М. Филиппов, А.И. Савицкий, Г.И. Любимова) выполняла совместные с Ленинградским университетом договорные работы. В 1978 г. группа переключилась на изучение шунгитоносных (малоуглеродистых) пород кондопожской свиты калевия. В 2000 г. геолого-геофизические исследования по шунгитовому направлению обобщены в докторской диссертации М.М. Филиппова «Модели формирования месторождений шунгитоносных пород Онежского синклинория».

В 2004 году Б.З. Белашев защитил докторскую диссертацию на тему «Развитие метода интегральных преобразований в обратных задачах обработки экспериментальных данных».

В 2011 году Т.С. Матвеева защитила (в Норвегии) кандидатскую диссертацию (PhD) по результатам сейсмологических наблюдений на территории Республики Карелия, в прошлом 2004-2007 года аспирантка Н.В. Шарова. Аспирантуру закончили М.Ю. Нилов, П.В. Филатов, А.В. Климовский, Г.Н. Зайцев, П.А. Рязанцев, учатся в аспирантуре А.А. Лебедев, В.А. Мещерякова, А.А. Фролов.

Большую роль в подготовке молодых сотрудников лаборатории сыграла организованная в 1998 году на физико-техническом факультете кафедра Геофизики (с 2006г. кафедра геологии и геофизики), которая с 2009г. входит в структуру горно-геологического факультета. За время обучения на дневном отделении кафедру закончили 138 выпускников, из них 70 — геофизики и 68 — геологи.

Сотрудники лаборатории геофизики организовали и провели две Всероссийских конференции с международным участием: «Глубинное строение и геодинамика Фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон», 2002 год; «Связь поверхностных структур земной коры с глубинами», 2008 год.

Важнейшие результаты завершенных фундаментальных исследований лаборатории, вошедшие в отчет о деятельности РАН:

1.    На основе сейсмической информации, материалов по геологии, петрофизике, тепловым и потенциальным полям предложена интегральная сейсмологическая модель строения и эволюции литосферы разнотипных мегаблоков земной коры в области сочленения Фенноскандинавского щита, Баренцевой, Русской и Тимано-Печорской плит. Результаты исследования изложены в монографии «Строение литосферы Российской части Баренц-региона». 2005 (ИГ КарНЦ РАН, ГИ КНЦ, ИГЕМ, ГИН РАН, ВНИИОкеангеология).

2.    Выполнено обобщение результатов инструментальных сейсмологических наблюдений, полученных за последние 50 лет геофизическими организациями РАН, НАН Беларуси и Украины, что позволило экспериментально верифицировать концепцию непрерывной самоорганизации тектонической структуры литосферы в пределах Восточно-Европейской платформы. Установлено, что древняя континентальная земная кора не является тектонически стабильной на всех этапах ее развития, поэтому современную геодинамическую активизацию кратонизированных областей необходимо учитывать как в геолого-тектонических реконструкциях, так и при разработке методов управления природно-техническими системами. Разработана концепция мониторинга и прогнозной оценки динамического состояния среды на территориях слабосейсмичных платформенных областей. Результаты исследования изложены в двухтомной монографии «Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы». 2007 (ИГ Кар НЦ, ИДГ, ГС, Кф ГС, ГоИ КНЦ, ИФЗ РАН; ИГ Коми НЦ, АНЦ УрО РАН; ЦГМ НАН Беларуси, ИГ НАН Украины).

3.    Впервые в пределах восточной части Фенноскандинавского щита детально изучена земная кора под Белым морем. Профиль Калевала-Кемь-Белое море пересекает восточную часть Карельской, Беломорской, южную часть Кольской провинций щита. Создана геолого-геофизическая модель земной коры восточной части Фенноскандинавского щита на основе оригинальных сейсмотомографических материалов и данных глубинного сейсмического зондирования, что позволило оценить различия в строении земной коры провинций, показать тектоническую природу их сочленения, приуроченность неопротерозойской рифтовой системы Белого моря к более древним границам. Выделены и прослежены на глубину зоны тектонических нарушений, доходящие до поверхности Мохо. В результате анализа геологических и геофизических данных на Суше и в Акватории издана в 2010 году «Тектоническая карта Белого моря и прилегающих территорий», масштаб 1:1500000. (ГИН, ИГ КарНЦ РАН, МАГЭ).

4.    На основе бурения Онежской параметрической скважины, материалов геофизических исследований акватории Онежского озера, современных геологических и геофизических данных предложена интегральная геолого-геофизическая модель строения и эволюции литосферы этой территории. Вскрытие скважиной соленосной толщи палеопротерозойского возраста на глубине 2751-2944 м. является уникальным событием мирового масштаба. Результаты исследований изложены в монографии «Онежская палеопротерозойская структура (геология, тектоника, глубинное строение и минерагения)» 2011г. (ИГ КарНЦ РАН, ГИН РАН, ВСЕГЕИ, Недра, ПМГРЭ, Невскгеология).

Шаров Н.В. и Трипольский А.А. за монографию «Литосфера докембрийских щитов северного полушария Земли по сейсмологическим данным» 2004г. стали лауреатами премии С.И. Субботина в 2009 году Президиума Национальной Академии Наук Украины.

В настоящие время в лаборатории геофизики проводятся работы по совершенствованию геофизических методов изучения земной коры и верхней мантии Северной Европы. Они нацелены на получение опорных разрезов, структурных схем и карт глубинного строения. Основным направлением является комплексирование сейсмических, гравимагнитных, геотермических и электромагнитных полей с геофизическими и геохимическими данными с целью построения моделей литосферы региона для получения белее полного представления о вещественном составе, истории развития отдельных регионов и оценки перспектив их минерагении.

С 2006 года работает региональная сейсмологическая сеть, расположенная в районе городов Петрозаводск, Костомукша и поселоков Леппясилта, Кривой порог и Гирвас. Она обеспечивает оперативную регистрацию и обработку местных землетрясений, карьерных взрывов на территории Карелии и близлежащих областей, а также регистрирует удаленные телесейсмические события. Создание сети высокочувствительных широкополосных регистраторов привело к повышению точности локации эпицентров, позволило структурировать известные сейсмогенные зоны и выявить новые.

В январе 2013года на территории Ботанического сада ПетрГУ сотрудниками лаборатории геофизики, совместно с ПетрГУ, ПГИ КНЦ РАН, Спб ИЗМИ РАН, ИФЗ РАН организована геофизическая обсерватория «Петрозаводск», которая с октября 2014 года включена в российскую сеть наблюдений. Обсерватория создана для комплексного синхронного мониторинга сейсмических, электромагнитных полей и медленных вариаций магнитного поля Земли, пункта спутниковой геодезической сети (GPS), развертывание радиотомографического комплекса приема спутниковых сигналов для контроля состояния верхней ионосферы.

В настоящее время в обсерватории установлена в рабочем режиме следующая аппаратура: широкополосная сейсмическая станция с регистратором GSR – 24 и сейсмодатчиком CMG-3ESP (ИГ КарНЦ РАН); шестиканальная автономная система сбора электромагнитных данных «КОРСАР» (ПГИ КНЦ РАН); радиотомографический приемник сигналов на частотах 400 и 150 МГц искусственных спутников земли для изучения ионосферных полей (ПГИ КНЦ РАН); обсерваторский пункт спутниковой геодезической сети GPS (ИФЗ РАН); геофизический комплекс GI-MTS-I для проведения измерений вариации магнитных, электрических полей и сейсмических колебаний (СПб ИЗМИРАН). Результаты наблюдений передаются по запросу ГС РАН, МЧС, РТЦ РК, используются в процессе обучения студентов и аспирантов.

Основные направления исследований лаборатории:

•    Закономерности глубинного строения Европейского Севера и особенности геодинамики на основе геолого-геофизических исследований литосферы.
•    Мониторинговые геофизические наблюдения окружающей среды для понимания и предсказания природных и техногенных катастроф северо-западного региона.
•    Комплексное геолого-геофизическое изучение закономерностей размещения и условия образования полезных ископаемых.
•    Кооперация с вузовской наукой на базе научно-образовательного геолого-геофизического центра для развития фундаментальных геофизических исследований, подготовки молодых геофизиков и повышение качества образования.
•    Задачи лаборатории геофизики:
•    Обобщение имеющихся сейсмических данных и построение трехмерной Р-скоростной модели мантии под Фенноскандией и на основе ее и скоростного строения коры установить взаимосвязи между мантийными и приповерхностными структурами щита и его обрамления.
•    Совместная интерпретация сейсмических данных ГСЗ, МОВЗ, ОГТ и построение объемной модели земной коры Карельского региона.
•    Совершенствование методологии и сейсмологической сети мониторинга для понимания и предсказания региональной и техногенной сейсмичности на территории щитов.
•    Мониторинг радона и других эндогенных газов.
•    Организация и совершенствование палеомагнитных измерений.
•    Освоение новых методов разведочной геофизики.
•    Изучение диапиризма Северного Приладожья.
•    Обоснование фундаментальных теоретических основ формирование одного из крупнейших на Фенноскандинавском щите Костомукшкого рудного района.
•    Изучение памятников природы Северного Приладожья.