Проблемная лаборатория «Наука о Земле» Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II консолидирует деятельность учёных вуза, связанную с изучением недр планеты, решает задачи в области геологии, геофизики, минералогии и других профильных наук.  Актуальность появления  лаборатории связана с «застойным» состоянием геологоразведки на фоне интенсивного использования ресурсной базы, что ведет к ее истощению. Очевидно, что свободный доступ к углеводородному и минеральному сырью представляет собой фундамент всей последующей цепочки горного дела. А значит, устойчивый прирост запасов полезных ископаемых является основой стратегической безопасности Российской Федерации. При этом эффективное освоение природных ресурсов невозможно без генерации новых фундаментальных знаний о процессах, происходящих в недрах, и создания инновационных технологий, направленных на повышение эффективности работы отрасли.

«Наука о Земле» на данный момент располагает двумя лабораториями, которые оснащены современным высококачественным оборудованием:

• Научная проблемная лаборатория "Научный проект № 3 " (НПЛ НП №3);
• Учебно-научная лаборатория современных технологий поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (УНЛ СТПР МПИ);
• Кроме того, учёные имеют возможность использовать для проведения экспериментов приборную базу Лаборатории исследования вещественного состава. К научным изысканиям, необходимым для выполнения фундаментальных исследований и хоздоговорных работ, на этой и других площадках активно привлекаются молодые ученые, аспиранты и студенты вуза, а также ведущие эксперты геологоразведочного факультета. В его штате сегодня работают около 20 докторов наук, включая одного члена-корреспондента РАН.

Проблемная лаборатория является неотъемлемым звеном в организации научно-практического процесса освоения недр. Свою деятельность «Наука о Земле» строит, опираясь на богатый задел, оставленный великими предшественниками, среди которых выдающиеся выпускники и работники Горного университета, чьи имена занимают достойное место в ряду величайших российских ученых. Это Билибин Ю.А., Болдырев А.К., Гольдин С.В., Городницкий А.М., Грамберг И.С., Губкин И.М.,  Деменицкая Р.М., Ефремов И.А., Карпинский А.П., Кудрявцев Н.А., Логачев А.А., Марин Ю.Б., Масайтис В.Л., Миронов С.М., Наливкин В.Д., Обручев В.А., Русаков М.П., Смирнов О.Е., Чернов С.И., Цареградский В.А. Приоритетными задачами лаборатории является прирост фундаментальных знаний в области геодинамических процессов, происходящих в недрах, их влияния на формирование месторождений полезных ископаемых, а также разработка технологий, методик и аппаратуры для повышения эффективности решаемых задач.

Цель:

• получение новых знаний, методик и технологий в области геонаук для повышения эффективности геолого-геофизических исследований недр;
• развитие научных школ Горного университета;
• обеспечение связи образовательной и производственной деятельности для устойчивого научно-технологического развития страны.

Направления деятельности:

I.    Геодинамика недр

Задача описания процессов, происходящих на различных глубинах, является одновременно, как одной из самых сложных, так и одной из наиболее интересных в области наук о Земле. Ведь динамика недр, а также их вещественный состав определяют динамику и взаимодействие основных химических элементов, образующих в дальнейшем при определенных термобарических и геохимических условиях месторождения полезных ископаемых. Отличительной чертой данного научного направления является то, что геодинамические модели практически невозможно подтвердить или опровергнуть каким-либо реальным экспериментом. Подтверждение или опровержение результатов того или иного исследования выполняется по совокупности многочисленных данных и научных гипотез. Следовательно, залогом успеха на этом направлении являются широкий мультидисциплинарный подход, интеграция большого массива разнородных геолого-геофизических данных, эффективное применение компьютерного и объемно-прогнозного моделирования, а также пристальное внимание к фактам и различного рода деталям.

В рамках деятельности лаборатории планируется развивать данное направление, используя уникальные наборы геолого-геофизических данных, а также образцов керна и нефти. Это необходимо для подтверждения или опровержения тех или иных теорий и гипотез в области нафторудогенеза, пространственно-генетического расположения МПИ, физических свойств и параметров залежей.

Основной задачей являются фундаментальные научные исследования, позволяющие понять и смоделировать геодинамические процессы, происходящие в недрах, с целью последующего воспроизводства минерально-сырьевой базы путём создания и апробирования новых методик проведения геологоразведочных работ. Цель - снижение степени геологических и финансовых рисков при поиске, разведке и разработке крупных месторождений различного сырья, в различных условиях, включая нетрадиционные природные объекты фундамента и нижней части осадочного чехла.

II.    Геолого-геофизическое изучение Антарктиды

Антарктида – область интересов многих государств, поскольку этот континент обладает уникальными физико-географическими характеристиками, а его недра богаты полезными ископаемыми. Санкт-Петербургский горный университет - одна из наиболее значимых площадок, где ведутся научно-технические исследования Восточной части Антарктиды, в частности, подледникового озера Восток, расположенного на глубине свыше 3700 метров от поверхности материка. Полярники вуза в сотрудничестве с коллегами из ААНИИ, ВНИИОкеангеология, рядом других компаний и научных организаций вот уже более полувека ведут успешные буровые работы над этим водоемом. Данные, полученные в ходе изучения кернов реликтового льда и образцов воды, которая миллионы лет была изолирована от атмосферы Земли, позволили сформировать представление о структурно-вещественных характеристиках этого уникального объекта. Однако наличие ряда неопределенностей требует продолжать натурные и лабораторные исследования.  

Достоверно известно, что в разные периоды времени под руководством отечественных и зарубежных ученых на большей части Антарктиды проводились геолого-геофизические, геохимические и аэрогеофизические исследования. По их  результатам построены карты, физико-геологические, объемные и прогнозные модели, составлены структурно-вещественные схемы, выявлены закономерности локализации тектонических элементов в масштабе всего континента.

Несмотря на обилие различной информации по данному региону, ряд вопросов, по-прежнему,  остаются открытыми. Например, по какой причине все же образовалось озеро Восток: под действием веса ледника, в связи с наличием теплового источника или по иной неизвестной нам причине?  Какова динамика изменения ледника и ее влияние на повышение уровня Мирового океана? Какова природа особенностей глубинного строения континента? И возможно ли дать прогноз глобальных тектонических событий?

Для ответа на эти и другие вопросы требуется комплексный анализ априорной изученности Антарктиды, а также применение новых подходов к геолого-геофизическому исследованию континента. К таковым относятся оптимизированные технологии сейсморазведочных работ с применением новых расстановок, инновационные способы обработки и интерпретации обширного банка данных, апробация применения глубинных электромагнитных методов  на территории с невозможным или осложненным заземлением, разработка мощной аппаратурной части в области георадиолокационных исследований и т.д.

Именно на решение вышеперечисленных вопросов направлен один из векторов деятельности проблемной лаборатории «Наука о Земле», при содействии других ведущих научно-исследовательских подразделений Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II.

Предполагается, что только при комплексном исследовании априорной и апостериорной изученности Антарктиды будет возможно сформировать корректное представление о структурно-вещественной характеристике континента с прогнозной оценкой перспективности научно-практических работ.

В число задач, стоящих перед учеными, которые специализируются на данном направлении работ, входят:

• Формирование рабочей базы геолого-геофизической изученности;
• Изучение геологических процессов на континенте, разработка методик и аппаратуры для решения актуальных задач;
• Проведение полевых исследований;
• Обработка и интерпретация полученных геолого-геофизических данных.

III.    Аппаратура, методика и технологии геологоразведочных работ

Успех геологоразведки прошлых лет является фундаментом нынешней ресурсной базы РФ, при этом все легкодоступные месторождения уже открыты, а потому в самое ближайшее время вопрос восполнения запасов полезных ископаемых станет одним из наиболее актуальных. Эффективность поиска новых залежей зависит как от понимания фундаментальных научных принципов, лежащих в основе этого процесса, так и от применяемых технологий, методик и аппаратуры геологоразведочных работ и, прежде всего, сейсморазведки.

Например, при поиске месторождений УВС используемая аппаратура и методика наблюдений, а также технологии камеральной обработки и интерпретации данных направлены на изучение традиционных коллекторов нескольких первых километров осадочных толщ земной коры. При увеличении глубин исследования возрастает стоимость бурения глубоких скважин, что предъявляет жесткие требования к точности результатов геофизических исследований.  На данный момент становится очевидным, что существующая аппаратурная, методическая и технологическая база, направленная на изучение верхних горизонтов, требует модификации для получения достоверной информации о глубинном строении земной коры. Ведь там вполне могут находиться коллекторы нефти и газа, разработка которых в силу наличия на поверхности развитой инфраструктуры, будет гораздо более рентабельной, чем арктических месторождений.

Но возможно ли это? Ведь классическая теория об органическом происхождении нефти утверждает, что она образуется в результате разложения остатков растений и животных. То есть шанс найти её на больших глубинах, казалось бы, минимален. Однако в последнее время эта гипотеза, которая еще недавно казалась аксиомой, всё чаще подвергается сомнению. Вполне возможно, углеводороды формируются в мантии Земли вследствие синтеза из углерода и водорода на фоне колоссальных давлений и высоких температур. Если это действительно так, то обнаружить глубинные месторождения в инфраструктурно развитых районах действительно вполне реально. Подтвердить или опровергнуть это предположение – еще одна задача, стоящая перед учеными Проблемной лаборатории «Наука о Земле».

Каким образом это можно сделать? Достоверность картирования глубинных горизонтов повышается при увеличении размера регистрирующей расстановки (Апертуры). На данный момент используемые апертуры в 3-5 км позволяют изучать первые несколько километров земной коры. Для изучения глубоких горизонтов требуется использование апертуры в 8-10 км или больше.

Повышение достоверности картирования локальных зон трещиноватости на выделенных структурах возможно при двух условиях – сгущении сети поверхностных наблюдений в пределах выбранной апертуры, а также использования зондирующих сигналов, позволяющих отправить сигнал повышенной мощности на высоких частотах в недра.

Стоит отметить, что при увеличении поверхностной апертуры и уменьшении шага между пикетами наблюдений, в десятки раз повысится количество приборов, необходимых для проведения съемок, что драматическим образом скажется на стоимости проводимых работ. В таких условиях на передний план выходит использование собственных аппаратурных разработок. Это позволит, во-первых, произвести необходимое количество оборудования вне зависимости от конъюнктуры рынка и поставщиков из недружественных стран, а, во-вторых, учесть экономическую составляющую предстоящих глубинных исследований.

Задачи:

• Разработка экономически-обоснованных методик геофизических методов поиск ПИ;
• Разработка аппаратурных решений для реализации новых методик;
• Разработка алгоритмов обработки и интерпретации данных для повышения достоверности результатов геологоразведочных работ

Ещё один приоритет лаборатории – создание единой общероссийской геологической базы данных, что существенно облегчит работу геологоразведочных компаний и позволит им акцентировать внимание на наиболее перспективных участках. Сегодня, как это ни парадоксально, информация о недрах существует в разрозненном виде. Зачастую она даже не оцифрована и пылится где-то на полках, поскольку была получена ещё в восьмидесятые годы. Важнейший вклад в дело составления объединённого реестра должна внести коллекция нефтей, переданная Санкт-Петербургскому горному университету Тюменской центральной лабораторией. Эта научная организация была основана в далёком 1955 году, а сейчас входит в состав крупнейшей научно-инжиниринговой компании «Геодата». Коллекция проб нефти и конденсата с различных месторождений Западной Сибири начала создаваться её специалистами ещё в середине шестидесятых и всегда являлась предметом пристального внимания учёных со всего СССР, а затем и России.

Контакты: