Почему институт физики Земли носит имя Отто Юльевича Шмидта?

Наука и жизньНаука

Геофизика: новые задачи и возможности

Член-корреспондент РАН Сергей Тихоцкий, директор Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта. Записала Наталия Лескова

Институт физики Земли, один из старейших и известнейших в системе Академии наук, носит имя знаменитого исследователя полярных земель Отто Юльевича Шмидта. Часто спрашивают — почему?

Сразу следует сказать, что Отто Юльевич — это человек, масштаб личности которого до сих пор мало кем понимаем, он намного крупнее, чем просто исследователь полярных земель. Шмидт начинал как математик, алгебраист, создал кафедру высшей алгебры на мехмате МГУ. Занимался организацией науки и образования, в частности в 1920-х годах был главой Государственного издательства — учебная, просветительская литература в тогдашней Советской России, Советском Союзе появилась в значительной степени трудами Шмидта. Затем очень много времени и сил он действительно посвятил исследованию Арктики, в частности Северного морского пути. Помимо знаменитых полярных экспедиций, на Севере было много и другой организационной работы, например, создавались полярные станции, и в этом тоже была заслуга Отто Юльевича.

Отто Юльевич Шмидт

Но занятий наукой Шмидт никогда не оставлял. В 1938 году он создал Институт теоретической геофизики (ИТГ), где развивался весьма широкий круг идей как фундаментального, так и вполне прикладного плана. Основное же детище Отто Юльевича в области геофизики — современная «холодная» космогоническая гипотеза, получившая своё оформление в 1940-е годы. Согласно гипотезе Шмидта, в отличие от ранее господствовавшей «горячей» теории Лапласа, планеты формируются из холодного газопылевого облака, частицы которого, сталкиваясь друг с другом, объединяются в скопления — протопланеты — вследствие гравитационной аккреции. Разогрев Земли и планет возникает, в основном, в результате превращения механической энергии в тепловую при этих столкновениях. Сейчас космогоническая теория Шмидта является общепринятой и блестяще подтверждается астрономическими открытиями экзопланет и протопланетных систем.

После объединения в 1946 году Института теоретической геофизики и Сейсмологического института АН СССР был создан Геофизический институт Академии наук — ГЕОФИАН, директором которого стал Шмидт, а наш институт позже стал преемником ГЕОФИАНа. Отто Юльевич к тому времени был, к сожалению, тяжело болен — у него развивался туберкулёз в неизлечимой на то время форме. Однако он успел создать школу. ИФЗ РАН по сей день продолжает заниматься развитием космогонической теории, отрабатывая её конкретные детали, и по праву носит имя Отто Юльевича Шмидта.

Надо сказать, огромная заслуга Отто Юльевича ещё и в том, что он умел создавать сильные команды, работающие на достижение цели. Он приглашал в институт людей самых разных специальностей — как математиков и физиков, так и геологов. Наши замечательные математики Сергей Львович Соболев и Владимир Иванович Смирнов (в будущем — академики) создали теорию функционально-инвариантных решений, послужившую основой для сейсмологии и сейсмического метода разведки, которые по сей день являются главным поставщиком информации о строении недр. И практически одновременно геофизик Григорий Александрович Гамбурцев, тоже будущий академик, разработал, в том числе с использованием этого математического аппарата, уже практические методы разведки на преломлённых и отражённых волнах.

Григорий Александрович Гамбурцев.

В те годы временной промежуток между теоретической разработкой и её практическим применением был очень мал (нам сейчас следует работать так же). И уже в 1930—1940-е годы прошлого века Гамбурцев, с 1949 года — преемник Шмидта на посту директора Института, с использованием только что созданных методов начал активную разведку Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, которую стали называть «вторым Баку». Гамбурцев сам ездил в экспедиции, сам занимался полевой работой, смотрел за приборами и одновременно оставался крупнейшим физиком и теоретиком в области геофизики.

Разведка и разработка этих месторождений сыграла колоссальную роль в обеспечении топливом промышленности и армии в годы Великой Отечественной войны и в послевоенном восстановлении нашей страны. Да и по сей день добыча нефти в этой области имеет важнейшее экономическое значение. Так что наш Институт занимается не только фундаментальными исследованиями, но и напрямую причастен к освоению недр, развитию промышленности и во многих отношениях, не только в области сейсморазведки, может считаться колыбелью разведочной и прикладной геофизики.

Особенность нынешнего момента в том, что геофизика находится на этапе настоящей научно-технической революции. Методы геофизической разведки, о которых я рассказал, были созданы преимущественно до 1960-х годов, с расчётом на применение в ту эпоху, с её вычислительными мощностями (а главной среди них был арифмометр), что требовало целого ряда приближений. Это очень непросто — сделать такие упрощения и аппроксимации правильно, не исказив основные особенности явления в рамках принятого приближения, — искусство физика во многом состоит именно в том, чтобы правильно оценить, какие члены в уравнении являются «малыми» и при каких условиях. В частности, классические методы сейсморазведки построены на так называемом лучевом приближении, когда длина волны предполагается значительно меньшей, чем размер неоднородностей в среде. Это хорошо работает, пока слои «толстые», то есть мощность слоя много больше длины волны, и эти слои квазиоднородны по своим свойствам. Классические методы блестяще решают задачи поиска крупных месторождений структурного типа, когда ловушки углеводородов представляют собой выгнутые вверх складки и нефть, которая легче воды, скапливается в верхней части свода, — так что можно обнаружить структуру, пробурить и получить углеводороды.

Однако подобных месторождений больше не осталось. Крупные месторождения углеводородов исчерпаны, и сейчас, для того чтобы вести поиск рентабельных к разработке месторождений, нужно исследовать маломощные, высоконеоднородные коллекторы*, где ловушки не являются структурными. Там очень сложная геология, где всё перемято в складки с разрывными нарушениями, и прежними методами в гетерогенной среде такие задачи решаются плохо. Аналогичные задачи возникают и при поиске и разведке месторождений твёрдых, в том числе — стратегически важных, полезных ископаемых: металлов, алмазов. Сейчас нам необходимы методы, которые учитывают полную физику распространения упругих волн в гетерогенных средах. Переход к таким методам происходит, но идёт он не очень просто. Многие теоретические наработки были сделаны уже в советское время, в частности — в сибирской научной школе, но их надо довести до практического применения. То есть нужно не просто создать метод, который физически правильно описывает сложную среду, нужно сделать продукт, удобный для пользователя.

* Коллекторы — горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке.

И здесь, скажу попутно, существует серьёзная проблема — повышение квалификации и обучения геофизиков. Учебные планы геофизических специальностей во многом отстают от реальной жизни. В образовании это неизбежно, но в нашей отрасли особенно заметно. Для того чтобы готовить геофизиков сегодняшнего и тем более завтрашнего дня, надо существенно расширять как фундаментальную физико-математическую, так и практическую подготовку в области IT-технологий. Сейчас мы активно привлекаем к работе выпускников ведущих физико-технических вузов. Вообще, для ИФЗ РАН сотрудничество с университетами, высшей школой — одна из главных традиций.

Но, так или иначе, мы переходим к решению новых задач, описывающих физику распространения волн в сложных средах. Во многом аналогичная ситуация и по другим геофизическим методам — в геоэлектрике, в изучении аномальных полей Земли, этим мы также занимаемся в Институте. Новые задачи диктуют необходимость создания новых методов и технологий.

Если до начала XX века в геофизике царствовала эпоха «поиска и разведки», то сейчас наступила эпоха мониторинга. Крупных месторождений углеводородов уже мало, а те, что есть, характеризуются трудноизвлекаемыми запасами. Они содержат коллекторы, обладающие низкой проницаемостью, и чтобы выкачать оттуда нефть, нужно применять специальные методы, например, гидроразрыва пласта, кислотной обработки, парогазового воздействия и так далее. Поэтому надо развивать методы, повышающие эффективность разработки таких месторождений, и мы этим занимаемся. Но с точки зрения геофизики не менее важен мониторинг. По оценкам норвежских специалистов, до половины всей нефти, добытой в Северном море с середины 1990-х годов, было добыто исключительно за счёт оптимизации разработки на основе непрерывного сейсмического мониторинга. Дело в том, что любая модель (в частности, модель месторождения) всегда ущербна, это всегда некая приближённая аппроксимация среды, и в процессе разработки, вследствие объективной неполноты знаний, всегда что-нибудь пойдёт не так. Необходимо отслеживать, куда будет мигрировать нефть, не начнёт ли она скапливаться в каких-то неразбурённых ловушках, не отсечём ли мы залежи, не обводним ли их, закачав слишком много воды, не активизируются ли разломы. Для того чтобы сложная техническая система работала эффективно и давала максимум, нужен постоянный мониторинг.

Современной геофизике при изучении горных пород и минералов не обойтись без электронного микроскопа. Исследование проводит Татьяна Багдасарян.

Тут важно понимать ещё один момент. Новое месторождение — это хорошо, но это всегда новые трубы, новые заводы, новая логистика. Если месторождение старое и с него можно добыть ещё столько же нефти, сколько уже добыли, то экономически это значительно более выгодно. Поэтому задача мониторинга разрабатываемых месторождений выходит на первый план. Я сейчас говорю на примере нефти и газа, но на самом деле всё сказанное актуально и для других полезных ископаемых — в частности, для добычи алмазов, руд. Но у мониторинга есть свои особенности.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Гены древних людей Гены древних людей

Биолог Сванте Паабо создал отдельную научную дисциплину — палеогеномику

Наука и жизнь
Инвесторам — деньги, застройщикам — должники: кто и где покупает дешевые квартиры Инвесторам — деньги, застройщикам — должники: кто и где покупает дешевые квартиры

Инвесторы в новостройки — особый тип участников рынка недвижимости

Forbes
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Кто придумал названия месяцев календаря? Кто придумал названия месяцев календаря?

Как появился первый в мире календарь и в честь кого назван апрель

ТехИнсайдер
Одна балерина и два великих князя Одна балерина и два великих князя

Матильде Кшесинской не раз доводилось оказываться в центре различных скандалов

Дилетант
23 поразительных факта из окружающей жизни, которые мало кто знает 23 поразительных факта из окружающей жизни, которые мало кто знает

Некоторые факты, над которыми ненадолго зависаешь от удивления

Maxim
В доме Лорки В доме Лорки

Гарсиа Лорка: необычная судьба, ранняя смерть и музей памяти поэта

Знание – сила
Откуда берутся круги на полях и замешаны ли в этом инопланетяне? Откуда берутся круги на полях и замешаны ли в этом инопланетяне?

Круги на полях — что это?

Maxim
Путь на Олимп Путь на Олимп

Как возродилась древняя традиция Олимпийских игр

Вокруг света
Актриса, которой уже не хватает: 10 лучших фильмов Инны Чуриковой Актриса, которой уже не хватает: 10 лучших фильмов Инны Чуриковой

«Правила жизни» вспоминают 10 самых ярких ролей Инны Чуриковой.

Правила жизни
Нейросеть нарисовала несуществующих людей, которые выглядят реалистичнее настоящих снимков Нейросеть нарисовала несуществующих людей, которые выглядят реалистичнее настоящих снимков

Отличить рисунок нейросети от реального фото все тяжелее и тяжелее

ТехИнсайдер
Пемза лежит в ванной без дела? Вот несколько идей, как можно использовать ее в уборке Пемза лежит в ванной без дела? Вот несколько идей, как можно использовать ее в уборке

Пемза — отличный инструмент для решения повседневных хозяйственных задач

ТехИнсайдер
По одной квитанции… По одной квитанции…

Майор ГБ Сергей Шпигельглаз — одна из самых мрачных фигур чекистского пантеона

Дилетант
5 самых популярных способов мошенничества при помощи мессенджеров 5 самых популярных способов мошенничества при помощи мессенджеров

Как обманывают с помощью мессенджеров и как не стать жертвой преступников

Maxim
«Не получилось, не Господь Бог»: как и почему стартап StudyFree задолжал сотрудникам «Не получилось, не Господь Бог»: как и почему стартап StudyFree задолжал сотрудникам

Что будет со стартапом StudyFree?

Forbes
Можно ли спастись, если похоронили заживо: руководство по восстанию из мертвых Можно ли спастись, если похоронили заживо: руководство по восстанию из мертвых

Как действовать в случае, если вы случайно оказались в могиле?

ТехИнсайдер
5 продуктов, которые вызывают хроническое воспаление в организме 5 продуктов, которые вызывают хроническое воспаление в организме

Потребление какой пищи стоит контролировать?

ТехИнсайдер
«Если мужчина изменял жене, почему будет верен вам?»: в чем опасность роли любовницы — личный опыт «Если мужчина изменял жене, почему будет верен вам?»: в чем опасность роли любовницы — личный опыт

Если мужчина изменяет своей жене, почему он не будет изменять своей любовнице?

Psychologies
Как установить сертификат Минцифры: подробная инструкция Как установить сертификат Минцифры: подробная инструкция

Рассказываем о том, как установить сертификат Минцифры 2022 года

CHIP
«Я вижу вещие сны»: как бессознательное дает подсказки — личный опыт «Я вижу вещие сны»: как бессознательное дает подсказки — личный опыт

Колумнист размышляет о феномене вещих снов на личном опыте

Psychologies
Горячий сезон Горячий сезон

Аргентинцы не представляют себе праздничного застолья без рагу локро

Вокруг света

Как подкастер заинтересовался делом нераскрытым делом и к чему это привело

Правила жизни
Истории спортсменок и хорошие полохие девочки: 12 подкастов, которые делают женщины Истории спортсменок и хорошие полохие девочки: 12 подкастов, которые делают женщины

Подкасты, сделанные женщинами

Forbes
Как зарабатывают и на что тратят полученные $135 млн принц Гарри и Меган Маркл Как зарабатывают и на что тратят полученные $135 млн принц Гарри и Меган Маркл

Из чего складывается семейный бюджет принца Гарри и Меган Маркл

Forbes
Диванные миллиарды: как разработчик сайтов из Владимира построил мебельную компанию Диванные миллиарды: как разработчик сайтов из Владимира построил мебельную компанию

Как компания Divan.ru стала заметным игроком на российском мебельном рынке?

Forbes
«Устала быть удобной для всех»: как сказать нет и не испортить отношения «Устала быть удобной для всех»: как сказать нет и не испортить отношения

Как мягко, но эффективно защитить свои интересы?

Psychologies
История мальчика, которого пытались превратить в девочку: жизнь Дэвида Реймера История мальчика, которого пытались превратить в девочку: жизнь Дэвида Реймера

Правда ли, что любого ребенка можно превратить хоть в мальчика, хоть в девочку?

VOICE
Как выжить в лесу: простые советы Как выжить в лесу: простые советы

Как построить укрытие, не замерзнуть, добыть воду, найти дорогу домой в лесу?

Maxim
Что такое слепые прослушивания и помогают ли они бороться с дискриминацией Что такое слепые прослушивания и помогают ли они бороться с дискриминацией

Действительно ли слепые отборы работают?

Forbes
Одна вокруг света: бразильские окна и секретные тропы Одна вокруг света: бразильские окна и секретные тропы

201-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Открыть в приложении