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

Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Проектируем города будущего: основные принципы импакт-инвестиций | Designing the City of the Future: the Basic Principles of Impact Investment Проектируем города будущего: основные принципы импакт-инвестиций | Designing the City of the Future: the Basic Principles of Impact Investment

Меняется городская среда — меняются целые сценарии жизни горожан

Позитивные изменения
Зёрна в хлебе Зёрна в хлебе

В России с самых давних времён любили вкус ржаного хлеба

Наука и жизнь
Домашнее насилие: как понять, что это уже оно и какие шаги предпринять — рассказывает психолог Домашнее насилие: как понять, что это уже оно и какие шаги предпринять — рассказывает психолог

Как отличить домашнее насилие от проблем в отношениях?

VOICE
Зимний пейзаж после боя Зимний пейзаж после боя

Весной 1938 года между СССР и Финляндией начались тайные переговоры

Дилетант
Уехала в Германию, сменила профессию, поздно родила: что стало с Людкой из фильма «Любовь и голуби» Уехала в Германию, сменила профессию, поздно родила: что стало с Людкой из фильма «Любовь и голуби»

Что стало с той самой Людкой из фильма «Любовь и голуби»?

VOICE
Золотой век палеонтологии Золотой век палеонтологии

Динозавры выглядели совсем не так, как мы их себе представляли

Наука и жизнь
Опасное слово Опасное слово

Наполеон знал толк в вождении полков и потому к словам относился серьёзно

Дилетант
Советские солдаты возле убитого двойника Гитлера Советские солдаты возле убитого двойника Гитлера

В мае 1945 года по Берлину распространился слух, что обнаружен труп Гитлера

Дилетант
«У нас рождались дети»: Светлана Иванова рассказала о закулисье съемок сериала «Тест на беременность» «У нас рождались дети»: Светлана Иванова рассказала о закулисье съемок сериала «Тест на беременность»

Актрисы рассказали о своей работе в новом сезоне сериала «Тест на беременность»

VOICE
Старичок, которого не смог поднять Мухаммед Али: трюк Джонни Кулона, который до сих пор используют фокусники Старичок, которого не смог поднять Мухаммед Али: трюк Джонни Кулона, который до сих пор используют фокусники

Джонни Кулон — фокусник в легком веке, которого никто не мог поднять

VOICE
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
Из гламурного безумства в тихую гавань: как икона нулевых Пэрис Хилтон смогла остепениться — а верилось с трудом Из гламурного безумства в тихую гавань: как икона нулевых Пэрис Хилтон смогла остепениться — а верилось с трудом

Как Пэрис Хилтон стала примерной женой и матерью

VOICE
Сериалы, которые вся Россия смотрела в 90-е. Выбираем главный Сериалы, которые вся Россия смотрела в 90-е. Выбираем главный

От одних только названий этих сериалов 90-х вздрагиваешь

Maxim
«Будьте хозяином ваших мыслей»: как освободиться от страха и тревоги — 4 полезные практики «Будьте хозяином ваших мыслей»: как освободиться от страха и тревоги — 4 полезные практики

Как вернуть самообладание и избавиться от сковывающей тревоги?

Psychologies
Что будет, если есть только шоколад целый месяц Что будет, если есть только шоколад целый месяц

Давайте узнаем, что будет, если есть только шоколад целый месяц!

ТехИнсайдер
Каково это — видеть 100 миллионов цветов Каково это — видеть 100 миллионов цветов

Тетрахроматы — люди, которые воспринимают в сто раз больше цветов, чем другие

Правила жизни
С дерева – в лечебный чай С дерева – в лечебный чай

Чага березовая: польза, применение, рецепты

Лиза
Что такое Что такое

"Тантрический секс" — древняя техника сближения

ТехИнсайдер
От цыганки до царицы: 5 самых стильных образов Джины Лоллобриджиды в кино От цыганки до царицы: 5 самых стильных образов Джины Лоллобриджиды в кино

Образы актрисы Джины Лоллобриджиды, которые изменили кинематограф

РБК
Mini Moke. Легенда на колесах Mini Moke. Легенда на колесах

Биография Mini Moke дает право называть его легендарным

Y Magazine
Северное сияние, океан, морские ежи: что смотреть и пробовать в Мурманске Северное сияние, океан, морские ежи: что смотреть и пробовать в Мурманске

Чем заняться в Мурманске зимой?

РБК
Праздники подошли к концу: главная ошибка первой рабочей недели — проверьте себя Праздники подошли к концу: главная ошибка первой рабочей недели — проверьте себя

Как настроиться на работу после праздников?

Psychologies
Магия или коды: что такое эзотерические языки программирования и зачем их создают Магия или коды: что такое эзотерические языки программирования и зачем их создают

Что такое эзотерические языки программирования и какими они бывают?

ТехИнсайдер
Аура океана Аура океана

50‑метровая стальная яхта Ocean Z строилась on speculation

Y Magazine
Похоже, крысы не были виновны в пандемии Черной Смерти: новые открытия опровергают расхожую теорию Похоже, крысы не были виновны в пандемии Черной Смерти: новые открытия опровергают расхожую теорию

Возможно, крысы не распространяли Черную смерть

ТехИнсайдер
Почему нет отношений: 6 основных причин — как изменить ситуацию Почему нет отношений: 6 основных причин — как изменить ситуацию

Что мешает найти партнера и как исправить ситуацию?

Psychologies
Стычка французского города и испанской деревни Стычка французского города и испанской деревни

«Хищники»: история одного хождения в народ

Weekend
Как принять свою неидеальность: 7 основных правил Как принять свою неидеальность: 7 основных правил

Как во всем преуспевать и всем нравиться?

Psychologies
Антидепрессанты помогают бактериям бороться с антибиотиками Антидепрессанты помогают бактериям бороться с антибиотиками

Антидепрессанты влияют на развитие у бактерий устойчивости к антибиотикам

ТехИнсайдер
Открыть в приложении