Наука в Сибіру, Сейсмохвилі не тільки заради науки, але й користі для, Наука в сибіру
Геофізична служба СО РАН - напевно, одна з найбільш згадуваних у ЗМІ організацій Сибірського відділення. Практично кожен день з'являються повідомлення про те, що в тій чи іншій точці земної кулі стався землетрус як відносно значущий, так і зовсім невеликий. Проте такого роду моніторинг діяльності вчених не обмежується. «На фундаментальну сейсмологію ми заробляємо за допомогою розроблених нами технологій», — зізнається директор ДС СО РАН доктор геолого-мінералогічних наук Віктор Сергійович Селезньов.
У сейсмології все так само, як і на концерті симфонічного оркестру. Ми слухаємо музику, складену з окремих партій інструментів і за допомогою слухового апарату можемо вичленувати кожен із них: мелодію ведуть скрипки та рояль, вступає віолончель, низько і тягуче співає контрабас — і, нарешті, тріумфують духові. Щоправда, для того, щоб зрозуміти, хто з них хто, нам потрібно знати їхнє звучання. Тепер уявімо, що замість двох вух та голови у нас — сейсмологічна апаратура, а свої акорди виконує для нас Земля та різні споруди, що на ній розташовані.
«Спільно з Інститутом лазерної фізики СО РАН ми навчилися робити станції, які мають великий динамічний діапазон — тобто, крім сильних коливань, ми можемо реєструвати і дуже слабкі, чиї амплітуди становлять нанометри, — розповідає Віктор Селезньов. — Крім того, були розроблені різні способи, що дозволяють накопичувати та виділяти ці маленькі коливання із сейсмічних записів за допомогою спеціального програмного забезпечення. При вивченні спектрального складу цих записів ми можемо розуміти, які процеси відбуваються, наприклад, у тому чи іншому виробництві».
Різні наземні об'єкти - будинки, споруди, мости - теж мають власні частоти коливань. «Коли ми приходимо в магазин і купуємо посуд, продавець стукає по ньому олівцем, — пояснює Віктор Селезньов. — Робиться це тому, що ціла, наприклад, склянка видає певну ноту. Якщо є тріщина, то звук буде зовсім іншим. Так само можна перевірити цілісність будівель».
Відмінність, за словами вченого, полягає в тому, що будова має багато власних частот, і дослідники ДС СО РАН змогли розробити технологію, яка дозволяє виокремлювати саме власні коливання споруд, реєструючи та виділяючи з них когерентні складові — тобто так звані стоячі хвилі. . Аналіз амплітуд і фаз останніх дозволяє вже говорити про те, наскільки стійка та чи інша будівля, чи немає в ній тріщин чи інших дефектів. «У цьому напрямку ми працюємо на замовлення, у нас виконано сотні договорів. Ми вивчали такі об'єкти, як Великий театр, ведемо моніторинг Новосибірського державного академічного театру опери та балету, вивчаємо висотні будинки в Москві. Причому останнє говорить про те, наскільки хороша наша технологія, адже вийти на ринок у столиці, де є кілька геофізичних інститутів, досить складно», — каже Віктор Селезньов.
Слід зазначити, що сейсмічних коливань в навколишньому світі досить багато і без землетрусів — великі машини, ремонтні або якісь роботи, банальний відбійний молоток. Такі хвилі доходять до будівель і на певних частотах починають їх розгойдувати. Зрозуміло, як зазначає фахівець, ці явища теж слід досліджувати.
До речі, хороша новина для мешканців «хрущовок» новосибірського Академмістечка: нещодавно фахівці вивчали ці будинки. «З'ясувалося:побудоване таке житло було дуже якісно, міцніше, ніж належить, у два-три рази, і незважаючи на те, що знос зараз має бути близько 70-80%, за нашими спостереженнями він становив лише 25-30%», — стверджує Віктор Селезньов .
На використанні стоячих хвиль заснована ще одна технологія геофізиків. Справа в тому, що при будівництві різних об'єктів у сейсмонебезпечних районах необхідно обов'язково провести детальне сейсморайонування для визначення, на яких частотах відбуваються найбільш сильні коливання ґрунту, щоб не поставити на цьому місці будівлю з такими ж власними частотами, інакше буде дуже сильний резонанс. Звичайна методика полягає в тому, що проводять спеціальні роботи, обчислюючи швидкісні параметри шарів у верхній частині земної кори, а потім знаючи цю інформацію, розраховують резонансні характеристики цих пластів. "Ми навчилися відразу вимірювати ці характеристики, виділяючи дуже слабкі сигнали", - пояснює Віктор.Селезньов.
УЗД Землі
Сейсмохвилі можна виділяти та вивчати, а можна спочатку згенерувати, а потім уже досліджувати їх характеристики та параметри поширення. Отримана інформація дозволить з'ясувати деталі будови земної кори та верхньої мантії. Це не тільки ефективно, а й екологічно, адже інший спосіб передбачає як джерело коливань проведення дуже великого вибуху.
Спочатку, коли дослідження за допомогою потужних вібраторів тільки починалися, використовувалися стаціонарні установки розміром із невеликий дачний будиночок. Нині ж «на озброєнні» стоять пересувні апарати: середньої величини вагончик за необхідності розбирається, ставиться на експедиційну вантажну машину та перевозиться.
«Зрештою, ми робимо УЗД Землі. Визначаємо картинку. Технологія практично та сама, тільки дуже різний масштаб. Можна зрозуміти, де знаходяться родовища і як розташоване їхнє основне тіло, але це вже глибини за кілометри та десятки кілометрів», — каже Віктор Селезньов.
За схожим принципом працює і технологія ГС СО РАН, що визначає наявність нафти і газу — вчені використовують те, що в Україні дуже багато річок. Сам процес відбувається за допомогою кораблів і спеціальних сейсмічних кіс, які розкладаються по дну, або приладів, що встановлюються берегом — а безпосередньо по водній гладі рухається плавзасіб з компресором і гарматою. Сейсмоли генеруються саме за рахунок неї: туди подається повітря під тиском до 150 атмосфер, а потім різко викидається. Виходить бавовна. Причому він не губить рибу, а просто відштовхує її. Віктор Селезньов наголошує, що це екологічно чиста процедура, її застосовували на Обі, Олені, Єнісеї, Тунгуську, Байкалі та Телецькому озері. Як реєструючу апаратуру застосовують ту ж, щота у разі дослідження будівель, мостів та споруд. Оскільки вчені її розробляли самі, то враховували, щоб вона дозволяла вирішувати все коло необхідних завдань.
До речі, коли родовища розробляються, у районах необхідно проводити сейсмічний моніторинг, досить густо встановлюючи сейсмологічні станції. З їх допомогою можна дивитися різні речі. Наприклад, спостерігати за підкачуванням води до нафтового пласту: дивитися, чи змінюється пластовий тиск, чи відбуваються якісь коливання. Сюди ж — контроль технологічних процесів: чи не зламався насос, який качає вуглеводні, бо якщо він зламався, то «дзвенітиме» по-іншому (згадаймо склянку в магазині!). Якщо робиться гідророзрив, то геофізики здатні визначити його положення. «Це дуже цікавий та перспективний напрямок», — каже Віктор Селезньов.
Катерина Пустолякова
Фотографії надані В.Селезньовим