Центр геоэлектромагнитных исследований

Филиал федерального государственного  бюджетного учреждения науки института  физики земли им. О.Ю. Шмидта российской академии наук (ЦГЭМИ ИФЗ РАН)

Проект «Живая наука», представляющий институты «московского» Троицка (в дальнейшем очень надеемся на расширение географии), стартовал в ТрВ-Наука № 15 (134) от 30.07.2013 года. В этот раз о своей организации рассказывает зам. директора ЦГЭМИ РАН, докт. физ-мат. наук Эдуард Файнберг. Материал подготовила Елена Стребкова.

Центр геоэлектромагнитных исследований РАН основан в 1993 году. Входит в состав Института физики Земли (ИФЗ РАН).

В настоящее время в штате ЦГЭМИ РАН 36 человек, в том числе 29 научных сотрудников, из которых 10 докторов и 11 кандидатов наук.

Научные направления

Теория электромагнитных полей (ЭМ) в анизотропных и частотно-диспергирующих средах 

Физические и математические основы связи сейсмических и ЭМ явлений в пористых и водонасыщенных горных породах

Методы трехмерной интерпретации ЭМ данных.

Высокоразрешающая малоглубинная электроразведка

Электромагнитная томография вулканов, геотермальных зон и разломов земной коры

Региональные магнитотеллурические исследования 

ЭМ мониторинг геодинамических процессов

Морская геоэлектрика научные подразделения(лаборатории)

Морских ЭМ исследований Магнитотеллурических исследований Взаимодействия ЭМ полей и геологической среды

Методологии интерпретации ЭМ данных

Разработки электромагнитных методов и технологий исследований природной среды

— Эдуард Борисович, центр геоэлектромагнитных исследований находится на территории ИЗМИРАНа, но является филиалом ИФЗ РАН. Как сложилась такая ситуация?

— ИЗМИРАН — первый научно-исследовательский институт, организованный в Троицке. Изучение природы земного магнетизма, геомагнитных вариаций на суше, в море и в околоземном космическом пространстве — в числе главных направлений его исследований с самого начала деятельности.

В составе ИЗМИРАНа функционировали отдел постоянного магнитного поля и отдел морских электромагнитных исследований. В обоих отделах параллельно с исследованиями природы и закономерностей распространения электромагнитных полей в земле, атмосфере, ионосфере и космосе велись электромагнитные исследования внутреннего строения Земли, при этом объектом исследований была Земля, а вариации геомагнитного поля — лишь инструментом. Однако исследования внутреннего строения Земли в обоих отделах успешно развивались и, в конце концов, объединились и оформились в отдельное направление в составе отдела морских электромагнитных исследований. Руководил отделом проф. М.С. Жданов. В ИЗМИРАНе эти исследования выходили за рамки приоритетных направлений, по объекту исследований они были ближе к Институту физики Земли.

В 1990 году решением Президиума РАН наш отдел перевели в ИФЗ в ранге отделения этого Института. Позже нам удалось добиться статуса филиала ИФЗ. Когда организовался Объединенный институт физики Земли, в его состав вошли несколько институтов, в том числе наш филиал, который стал Институтом геоэлектромагнитных исследований. Сейчас, после всем известных пертурбаций в Академии, мы являемся Центром геоэлектромагнитных исследований -филиалом ИФЗ. Директор филиала — И.М. Варенцов, одновременно он руководит лабораторией магнитотеллурических исследований. Кем и где мы будем завтра — пока никто не знает. Основная тематика филиала — изучение внутреннего строения и физических процессов в недрах Земли, разработка новых методов и технологий электромагнитных исследований Земли.

Эдуард Борисович Файнберг, доктор физ-мат. наук; профессор с 1989 года.

В 1963 году окончил физико-математический факультет Туркменского госуниверситета. В 1963-1966 годах работал в Институте физики Земли и атмосферы АН Туркменской ССР, с 1967 по 1969 годы учился в аспирантуре Института физики Земли АН СССР. С1970 по 1992 годы — м.н.с. — н.с. — с.н.с. ИЗМИРАН, с 1993 года — зав. лаб., в настоящее время — зав. лабораторией новых методов и технологий электромагнитных исследований окружающей среды и зам. директора по науке. Тема кандидатской диссертации — «Локальное электромагнитное зондирование земли по мировым магнитным бурям», докторской — «Глобальное частотное магнитовариационное зондирование Земли по мировой сети геомагнитных обсерваторий».

— В каких важных интересных проектах приходилось участвовать Институту и лично Вам?

— Наиболее интересными для меня были два проекта.

Первый — «ЕВРОПРОБА» — глубинные магнитотеллурические зондирования Восточно-Европейской платформы (1993 год). Проект международный, участвовали Франция, Германия, Белоруссия, Украина и Россия. Получены новые неожиданные результаты, свидетельствующие о существовании электропроводящего слоя в древней земной коре на глубинах 11-20 км.

Второй — международный проект «Марс-96». Мы готовили два эксперимента, один из них — спускаемые аппараты с магнитометрами для зондирования Марса. Кроме этого, на этапе выработки программы я принимал участие еще в одном эксперименте. Для исследований Марса предполагалось использовать мар-соход и баллон. Баллон должен был быть примерно 20 м в диаметре и около 50 м в высоту. На хвост баллона (гайдроп) предполагалось поместить радар. Суть в следующем: ночью на Марсе атмосфера остывает (до -80 °С), баллон опускается, хвост приземляется на поверхность. Днем атмосфера нагревается, баллон поднимается и перемещается. Установленный на нем радар-локатор должен был зондировать Марс по мере движения. Кроме того, на «голову» баллона мы предложили надеть антенну и делать зондирование Марса с искусственными источниками тока в этой антенне.

Этот грант выиграл ИЗМИРАН (претендовали американцы, немцы, венгры, поляки). Состоялось совещание предполагаемых участников проекта из разных стран, оба эксперимента были одобрены. Дали деньги. В 1991-1992 годах ИЗМИРАН вместе с СКБ ФП занялись разработкой прибора. Выполненные совместно с Институтом космических исследований оценки показывали, что на Марсе, возможно, есть вода. Не в виде льда, а в жидком виде. Но она должна быть на глубине 100-300 м в полярном районе Марса и где-то 400 м на экваторе. Прибор для зондирования нужно было сделать весом 250 г (такие ограничения нам поставили). Мы создали действующий макет приборчика. В дальнейшем, однако, эксперименты с марсоходом и баллоном были исключены из проекта, а магнитометры остались.

К сожалению, пуск ракеты закончился неудачей (ракета не вышла на орбиту и затонула в Тихом океане). Но наш труд не пропал даром. Идея, положенная в основу прибора для зондирования Марса, оказалась очень удачной и послужила основой для создания нового прибора и новой технологии, которая в настоящее время успешно применяется для малоглубинных зондирований Земли.

Современными приборами, основанными на этой технологии (они сейчас называются TEM-FAST), можно искать, например, утечки из нефтяных труб, определять глубину их залегания. Лет 10 назад мы разработали проект, который назывался «Лакмос» (летающая автономная комплексная станция для мониторинга окружающей среды). Предполагалось использовать для этих целей дирижабль. Чтобы сделать точные измерения, нужно некоторое время. Существует технология аэроэлектроразведки. Она делается с самолета или вертолета. Но от двигателя много электромагнитных помех. А дирижабль удобен в этом смысле. На дирижабле планировалась разметить много приборов, в том числе TEM-FAST; поставить аппаратуру для фотосъемки в разном спектре; апертурный радар — он может искать неразорвавшиеся мины и снаряды; газовый анализатор, который будет искать утечки из труб. (Кстати, таким образом в наших краях обнаружили утечку керосина.) Нужно было 6 млн долл. для осуществления эксперимента (один дирижабль стоит 400 тыс.). Пытались поговорить с МЧС, его могла заинтересовать возможность поиска мин и снарядов при помощи этой технологии. Но не срослось. А теперь в Сколково предлагают такую летающую лабораторию. Правда, там нет ни апертурно-го радара, ни других вещей… У нас предполагался ассортимент побогаче.

В природе существует так называемый суперпарамагнитный эффект: есть материалы, содержащие одно-доменные (нано) слабоферромагнитные частицы размером до 10-6 см. TEM-FAST настолько чувствителен, что если в образце содержится 0,001% ферромагнитных материалов, он зарегистрирует их наличие. Если где-то в земле на глубине в сотни метров есть такие породы, то на поверхности в почве можно зафиксировать этот эффект. Наночастицы поднимаются к поверхности восходящими газами, этот эффект называется каминным — как дым над каминной трубой. Таким способом можно искать никель, золото.

Этот метод использовался в Севастополе, где в каменоломнях с царских времен хранился арсенал Черноморского флота. Когда во время ВОВ наши войска отступали, они взорвали арсенал, но не всё уничтожилось. Шустрые ребята повадились туда лазить, латунь на металлолом добывать. Таким способом нам удалось обнаружить невзорвавшиеся части арсенала.

Разрез вдоль профиля, пересекающего зону суффозии.
Изолинии — электрическое сопротивление пород, Ом•м

— Над чем работаете сейчас, есть ли перспективные планы?

— Наша лаборатория работает по двум проектам.

Первый — разработка нового подхода к решению обратных трехмерных задач электромагнитных зондирований в комплексе с данными других геофизических методов. Первые полученные результаты позволяют надеяться, что этот подход окажется эффективным в тех случаях, когда целью исследований является точное определение электрических характеристик локальных объектов, например кимберлитов или нефтегазовых месторождений.

Уже лет восемь мы получаем очень интересные результаты по Западной Сибири. Изучаем природу выявленных нами по данным магнитотеллурических зондирований в Западной Сибири глубинных аномалий электропроводности в литосфере Земли и их возможную связь с происхождением и размещением углеводородов. Доказательство такой связи свидетельствовало бы в пользу существования углеводородов неорганической природы.

Говоря проще, собрали производственный материал по Сибири, в том числе Западной, где расположены огромные основные месторождения нефти и газа. Но это были электроразведочные работы. Современные технологии позволяют и глубже заглянуть. Мы данные обработали, удалось сделать более глубокий анализ.

Долгое время считалось, что нефть и газ образуются из-за переработки осадочного материала, т.е. имеют органическое происхождение. И они исчерпаемы. Но зарегистрировано много случаев, когда в уже использованной и заброшенной скважине впоследствии обнаруживаются   нефть и газ. Сейчас всё больше укрепляется мнение, что существует нефть и глубинного происхождения, она образуется в результате процессов, происходящих в недрах Земли. В России, в основном, нефть добывают с относительно небольшой глубины: 2-3 км. За рубежом уходят вглубь, уже на 6-7 км. Есть основания считать, что нефть существует еще глубже. Много свидетельств того, что она формируется под земной корой, на глубине 40-60 км, и факторов, которые можно использовать для поиска. Те первые результаты, полученные по Западной Сибири, указывают на связь месторождений с процессами в недрах Земли. Мы обработали данные 25-летней давности, сделанные в коротком диапазоне частот. Сейчас существует современная аппаратура, которая точнее, быстрее и эффективнее. Мы просили у Академии деньги, чтобы провести там хотя бы небольшую экспедицию. Для этого нам нужно всего 2-3 млн руб. А нам предлагают 100-120 тыс. Обращались к нефтяникам-производственникам: «Дайте денег. Мы построили карты проводимости осадочного чехла, отдадим вам. Мы на эти деньги экспедицию сделаем». Не дают. Бесплатно взять карты — согласны.

Самая большая проблема сейчас в российской науке — нет молодых. Не идут, ведь ученые — нищие. В науке работают два сорта людей: «ненормальные» (типа Перельмана, кто живет только наукой), таких, может быть, один на десятки тысяч, но они делают науку. Если ты теоретик, как Перельман, можешь и один работать. Тебе нужны только литература и бумага с карандашом, хотя, все-таки нужно общение с коллегами, дискуссии. Ученые одиночки — уникум. Остальные — работают в коллективах. Большинству людей всё же нужно и есть, и одеваться, и детей воспитывать, и мир повидать. Им нужно платить.

На талантливую молодежь идут заявки еще на 2-3-м курсах учебных заведений. В основном от коммерческих структур. Приглашают и работать за границей. Платят там хорошо, и предпочитают идти туда, хотя работа неинтересная. Это наша беда.

Будущего нашего филиала не вижу: замкнутый круг. У нас такая наука -геофизика, — она без эксперимента не может. Сейчас пришли к нам трое молодых специалистов, аспирантов. Но денег выделяется всё меньше и меньше, экспедиций проводить мы не можем. Правда, есть возможность участвовать в международных проектах, но на вторых ролях. Нет молодых — нет развития, некому работать. А без работ — нет и молодых. Было время, когда мы в СССР значительно вырвались вперед в электроразведке, а сейчас непрерывно отстаем.

Утечка керосина из хранилища авиационного топлива

Я в основном рассказывал о нашей лаборатории. Но в других подразделениях филиала тоже очень много интересного.
Продолжает успешно работать лаборатория морских электромагнитных исследований. Несколько лет там проводится эксперимент «Байкал». Вместе с сотрудниками ИЯИ, которые исследуют нейтрино в воде, точнее под водой, наши сотрудники изучают землетрясения и замкнутую электрическую цепь в атмосфере. Они провели цикл обработки многолетних измерений на плавающих льдинах в Северном Ледовитом океане. Сейчас идет «разбирательство», кому там принадлежит шельф, у нас есть свои предложения, как это проверить — по данным электромагнитных зондирований. Еще одно направление исследований этой лаборатории — вообще «фантастическое». На основе квантовой теории причинности и нелокальных взаимодействий сотрудники лаборатории разрабатывают метод прогноза гелиогеофизических процессов.

Сотрудники лаборатории магнито-теллурических исследований за неимением инструментальных и экспедиционных ресурсов активно и очень успешно сотрудничают с зарубежными коллегами: украинскими, польскими, чешскими, немецкими, финскими, японскими, китайскими, индийскими и другими. Объектами их исследований являются литосфера и верхняя мантия Земли, их строение и динамика.

Лаборатория взаимодействия ЭМ полей и геологической среды в числе прочих направлений занимается вечной мерзлотой, которой покрыта большая часть территории нашей страны. Сотрудники лаборатории изучают процессы, которые происходят в вечной мерзлоте, ведут разработку новых методов электромагнитного зондирования, с помощью которых можно получить принципиально новые результаты, используя одновременно сейсмику и электромагнитные поля.

Лаборатория методологии интерпретации ЭМ данных занимается разработкой и применением комплексной интерпретации геофизических полей: сейсмических, магнитных, гравитационных, тепловых — на основе нейросетей. Так этот метод называется потому, что он работает на принципе предварительного обучения системы интерпретации на известных ситуациях, а потом уже запускается на новые объекты. По такой технологии они выполняют интерпретацию измерений в Восточной Сибири, других районах, например при поиске новых источников энергии, таких как геотермальные зоны. Развивают технологии, по которым можно прогнозировать, где они находятся, каков их возможный объем. Эти исследования востребованы и в нашей стране, и за рубежом.

Если кому-то из читателей интересна жизнь нашей организации, можно сходить на сайт www.igemi.troitsk.ru.

— Нужно ли вести пропаганду научных достижений и привлекательности науки для школьников, студентов, в целом для людей, не вовлеченных в эту сферу?

— Желательно, в любой форме: научно-популярных фильмов, статей, лекций, экскурсий для школьников, регулярных телепередач типа «Очевидное — невероятное» и пр. Цель-образовательная и «завлекательная» — для школьников, студентов: может быть, молодежь увлечется и придет в науку. И информационная -для любознательных и тех, кто хочет знать, на что уходят народные деньги.

— Что делаете для популяризации науки, готовы ли активизироваться в этом направлении, в какой форме?

— Сейчас уже ничего не делаю, нет времени, да и особого смысла не вижу. Пока профессия ученого не престижна и низко оплачивается, молодежь не стремится идти в науку и не особенно интересуется ею.

— Что лично вы (ваша группа, лаборатория) могли бы показать широкой аудитории в рамках этакой «выставки достижений научного хозяйства»?

— Например, подготовить стенд с интересными примерами малоглубинных зондирований в «культурной» зоне, т.е. 10-300 м.

У нас, к сожалению, нечего наглядно показать так, чтобы можно было потрогать: всё в компьютерах. Мы вырождаемся. Грандиозных экспериментов нет — нет финансирования. Да и работать некому. Недавно придумали новый метод морской разведки на нефть и газ. Чтобы изготовить такую систему, нужно вложить порядка 100 млн долл. Где их взять? Иностранцы готовы платить и делать. А здесь — я не знаю, кому это нужно.

— Удовлетворены ли вы вашей научной карьерой? Чего конкретно и в первую очередь не хватает вам лично, вашим лаборатории и институту, российской науке в целом?

— Я никогда не стремился сделать научную карьеру, мне нравится быть свободным в своих исследованиях и делать то, что мне интересно.

Лаборатории, Институту и российской науке — всем нам не хватает молодых талантливых исследователей. Чтобы они были,надо повышать престиж и зарплату ученым, давать деньги на разработку приборов, экспедиции, постановку опытов, экспериментов, на участие в международных проектах и т.д., словом, создавать условия для нормальной работы. Вместо этого сейчас одной рукой уничтожают РАН, а другой — требуют планы по количеству публикаций по годам до 2016 года (как будто это лепешки печь).