Военные учёные помогут своими разработками на Крайнем Севере

image_print

Исследование таяния вечной мерзлоты – новое направление для изобретательской мысли.

Военные учёные помогут своими разработками на Крайнем Севере

Для России, где многолетняя мерзлота занимает около половины площади страны, проблема изменения климата стоит особенно остро. Вся инфраструктура городов и промышленных предприятий, расположенных в пределах приарктических территорий, находится под угрозой. Грунт начинает оттаивать и деформироваться, постепенно разрушая всё, что на нём находится – дороги, здания, хранилища.

Это обуславливает важность достоверного мониторинга природных и техногенных геологических процессов в зоне вечной мерзлоты с помощью сейсмических методов. ФГКУ «12 ЦНИИ» Минобороны России уже разработало несколько новых решений, которые позволят сократить время проведения сейсморазведочных работ и улучшить качество получаемых данных.
Сейсмические исследования, целью которых является установление связей между сейсмическими и инженерно-геокриологическими свойствами многолетнемёрзлых пород, проводятся в нашей стране с середины прошлого столетия. С 2019 года разрабатывается система мониторинга, которая позволит прогнозировать процессы деградации мерзлоты.
Для изучения геокриологических условий (геокриология – самостоятельная отрасль знаний о мёрзлых горных породах, почвах, грунтах. – Ред.) приповерхностной зоны грунта и их пространственно-временной изменчивости при отсутствии или недостатке полевых и лабораторных инженерно-геокриологических данных целесообразно использовать сейсмический метод, заключающийся в исследовании геологического строения земной коры на основе изучения распространения в ней сейсмических волн определённого типа.
Основными препятствиями для получения необходимых данных в арктических условиях являются суровые климатические условия и высокие требования к охране окружающей среды. Экстремальные условия производства работ, такие как ограниченная продолжительность светового дня, чрезвычайно низкие температуры воздуха и непредсказуемая динамика изменения характеристик ледового покрова, сокращают полевой сезон для проведения сейсморазведочных работ с применением стандартных технологий, повышают риск повреждения аппаратуры.

Предложенные новые решения, разработанные специалистами ФГКУ «12 ЦНИИ» Минобороны России, позволят сократить время проведения сейсморазведочных работ

Результаты сейсмических исследований необходимы при обработке данных структурной сейсморазведки на этапе введения различных поправок на неоднородность строения верхней части геологической среды. Полученные с помощью сейсмических методов сведения полезны при проектировании различных объектов инфраструктуры и последующей их эффективной и безопасной эксплуатации.
Многолетние экспериментальные исследования позволили сделать вывод о том, что проблема проведения сейсморазведки в районах многолетнемёрзлых пород заключается, помимо прочего, в сложности достоверной идентификации мёрзлого состояния горных пород с помощью известных сейсмических критериев.
В качестве наиболее надёжного критерия идентификации мёрзлого состояния пород в настоящее время используется динамический коэффициент Пуассона. Эффективность применения данного критерия была доказана специалистами Института криосферы Земли Сибирского отделения РАН при проведении исследований прибрежных участков суши Западной Сибири и европейского Севера. Для расчёта динамического коэффициента Пуассона требуется измерение скоростей продольных и поперечных сейсмических волн слагающих пород на изу­чаемом участке.
Однако проведение таких измерений связано с трудностями, обусловленными в первую очередь тем, что для возбуждения и приёма продольных и поперечных сейсмических волн необходимы различные виды их источников и приёмников. Это отражается на последовательности действий в ходе исследований, а также значительно увеличивается время на замену аппаратуры. Используемая аппаратура и программное обеспечение нуждаются в доработке, и работы в этом направлении ведутся многими научными институтами, в том числе ФГКУ «12 ЦНИИ» Минобороны России.
Специалистами 12-го ЦНИИ было получено несколько патентов на полезную модель и изобретения, направленные на доработку используемой аппаратуры. Например, изобретение «Способ определения взаимного расположения объектов, расположенных в горных выработках (штольнях)» позволяет, используя стандартную аппаратуру и приёмник, выполненный на полевых транзисторах, добиться точного размещения геофизических датчиков для проведения исследований. А источник сигналов, описанный в изобретении «Источник сейсмических сигналов взрывного типа» при использовании трёхкомпонентных датчиков, позволяет возбуждать и регистрировать сразу продольные и поперечные сейсмические волны, что сокращает продолжительность проведения исследований как минимум в два раза.
Кроме того, разработано устройство и недавно, 5 февраля, получен патент на полезную модель «Устройство для крепления сейсмоприёмника в штольнях (горных выработках)». Оно позволяет избежать регистрации паразитных волн и волн-спутников и установить как можно более плотный контакт геофизического датчика с изучаемой породой.
Для создания полного цикла обеспечения проводимых исследований разработана и апробирована в тестовом режиме программа для ЭВМ «Диагностика состояния горных выработок». Предложенные новые решения, разработанные специалистами ФГКУ «12 ЦНИИ» Минобороны России, позволят повысить качество получаемых данных и сократить время проведения сейсморазведочных работ, что крайне актуально в условиях короткого полевого сезона в регионе Крайнего Севера.