Опираясь на науку и практику, учёные создают сложные приборы
Умение «заглядывать» в глубь Земли, безошибочно определяя её геологическое строение, ценится на вес золота. Эти данные подскажут, стоит ли в данном месте что-то искать, и какие полезные ископаемые могут быть там под ногами. Казалось бы, пробури скважину – и всё станет понятно, но это долго и дорого, да и не бурить же на каждом шагу. А вот благодаря приборам, сужающим зону поиска, геофизики обследуют огромные площади, тратя на это куда меньше средств. Можно ли возродить ленинградскую школу отраслевого приборостроения, одну из лучших в стране? В нынешних сложных условиях это особенно важно, – и такая работа идёт. Созданный петербуржцами образец нового магнитометра проходит сейчас испытания в Карелии.
Флагман сменил вывеску
Ленинградский завод «Геологоразведка», наверное, мало кто из старых горожан теперь уже помнит. А некогда это предприятие, которое называли отраслевым флагманом, было широко известно.
Когда в начале «нулевых» годов геофизики отмечали его 75-летие, то подняли архивные документы. И проследили весь путь этого завода, подготовив подробную историческую справку начиная с 1931 года. Именно тогда приказом Высшего совета народного хозяйства СССР скромные мастерские получили статус опытного предприятия. На его основе позже появились другие научно-производственные структуры, хотя направление их деятельности не менялось.
После многих преобразований и слияний Геологоразведка вошла в состав Росгеологии. А за несколько лет до этого подразделением госхолдинга стал Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт (ВНИГРИ), обеспечивающий научное обоснование поисково-разведочных работ. Совместив его немалый потенциал с опытом производственников, то есть науку и практику, геологи создали предприятие «ВНИГРИ-Геологоразведка».
Сменив вывеску, оно осталось на старом месте. Правда, часть городского квартала в Невском районе, между улицами Фаянсовая и Книпович (ныне Смоляная), где обосновались его предшественники, постепенно уменьшилась. Но это не помешало ему вести полевые и исследовательские работы уже на совершенно новом этапе…
В этой части города на заре индустриализации работали мастерские, где изготовляли нивелиры, теодолиты и другое геодезическое оборудование. Их перепрофилировали, наладили производство более сложных геофизических приборов, прототипом которых послужили зарубежные электрометры. А с годами ленинградцы существенно расширили номенклатуру изделий, рассказал Станислав ШАТКЕВИЧ, руководитель упомянутого предприятия.
Что только бывшая «Геологоразведка» не выпускала, закрывая вместе со своими филиалами и родственными заводами потребности всей отрасли. Её детища можно было встретить по всей необъятной стране, включая союзные республики. Советские геофизики использовали магнитометры разных модификаций, гравиметры, электроразведочное оборудование, приборы для сейсморазведки и бурения, которые десятилетиями производили ленинградцы.
К счастью, в период межвременья, когда прежнего предприятия уже не было, а новое ещё не появилось, образцы таких устройств не пропали. Большой практической ценности эти аналоговые приборы в эпоху цифровизации не представляют (хотя принцип действия тех и других одинаков), но геофизики их сохранили. Получилось что-то вроде технического музея или выставки, где можно проследить все этапы развития геофизического приборостроения. Воплощённое, так сказать, в металле движение инженерной мысли...
– Вот стоят магнитометры, фиксирующие изменение магнитного поля Земли, – показывает специалист. – Оно не однородно, и во многом зависит от того, какие горные породы и на какой глубине залегают. Это может быть магнетит, кардинально меняющий картину данного поля. Или другие минералы, для которых такие отклонения служат косвенным признаком их наличия».
Пройдя с этим измерителем пеший маршрут, полевик получает начальное представление о геологическом разрезе на определённом участке.
«Цифра» и софт
Ну а в труднодоступных районах, где нужно покрыть съёмкой необозримые площади, специалисты используют аэрогеофизику. Крепят прибор к легкомоторному самолёту типа «Ан-2» (в последние годы их чаще заменяют беспилотники), потом снимают полученные данные и анализируют.
В другом месте заводской «выставки» стоят гравиметры, технически более сложные инструменты. Принцип их действия основан на неоднородности гравитационного поля Земли, продолжает собеседник. Внешне на чуткие приборы они вроде не похожи: металлический цилиндр и только. А внутри на тонкой кварцевой пружинке висит грузик, реагирующий на её малейшее растяжение-сжатие. То есть на изменение, в зависимости от плотности горных пород, поля силы тяжести.
Эти приборы тоже действующие, хоть сейчас иди с ними в поле, но не вполне удобные. Оператору полагалось выставить их идеально ровно, чтобы получать точнейшие значения. А затем он записывал показания в журнал. Современный же прибор делает это автоматически, стоит нажать кнопку, и даже корректирует показания, если установлен не совсем ровно.
Словом, техника не стоит на месте. Новое поколение установок компактнее и легче. Они позволяют ежесекундно видеть на мониторе результаты измерений, накапливать их в памяти. А если нужно, отправлять аналитикам в режиме он-лайн, – и это относится ко всем типам современных приборов. Оборудование для сейсморазведки и фиксации излучения радиоактивных металлов (урана, тория, калия и других) с помощью гамма-спектрометра с годами тоже совершенствуется.
Каждый такой прибор в отдельности «золотым ключиком» не назовёшь. Но их связка – применение нескольких методов в комплексе – существенно сужает сферу неопределённости, добавляет собеседник. Особенно если подключить геохимию, проверяя в лаборатории образцы почвы и подземных вод.
Почему же обновлённое предприятие стало разрабатывать именно магнитометры? На внутренний рынок их поставляют сегодня две российские компании, однако насытить его потребности они не в состоянии. Геофизических приборов в стране не хватало и раньше, а после того, как зарубежные аналоги оказались недоступны, дефицит усилился.
Причём нехватка таких устройств ощущается в этой сфере (естественно, временно) по целому ряду направлений. К примеру, в морской сейсморазведке, аэрогеофизической разведке, гравиметрии. Стало быть, нужно не сидеть сложа руки, а разработать нечто своё, решили петербуржцы.
Что ж, многие отечественные приборы не уступают зарубежным, а некоторые превосходят их по своим параметрам. Да и не нужно изобретать тут велосипед: измерительные средства в геофизике базируются на давно открытых учёными фундаментальных физических свойствах.
Это общая для Росгеологии тенденция. Занявшись импортозамещением несколько лет назад, госхолдинг готовит для отрасли современное оборудование, необходимое для разных видов геологоразведки. Компания выделяет на эти цели немалые средства, внедряя прорывные технологии, цифровые инструменты и отечественный софт.
Разведка ищет разломы
Отдельные позиции геологам удаётся закрыть, привлекая гранты Минпромторга РФ. Но по магнитометрам грантовая поддержка не понадобилась. Прототип новой модели петербуржцы создали, опираясь на опыт прежних поколений разработчиков. Да и на собственные познания, поскольку ежегодно проводят магнито- и гравиразведку, выезжая в «поле». Это ведь основное направление деятельности предприятия…
– Больше десяти лет назад я пришёл сюда после окончания Горного университета и попал в отдел региональной геофизики, – рассказал Станислав Юльянович. – Мы собирали геофизические данные, обобщали их, интерпретировали и строили прогнозные карты, позволяющие более уверенно вести разведочные работы.
Затем сам начал выбираться в полевые маршруты: Сахалин, Полярный Урал, Мурманская область. Стал осваивать приборы, «усматривающие» в недрах разломы и трещины, характерные для тех или иных полезных ископаемых. А когда ему поручили возглавить «ВНИГРИ-Геологоразведку», обновлённая команда продолжила такие изыскания.
– В полевой сезон прошлого года наши поисковые партии работали в Забайкалье и Башкирии, – поделился специалист. – Собранные данные мы передаём коллегам из Росгеологии, участвуя в общем комплексном исследовании объектов. А минувшим летом вели поиск стратегически важных редкоземельных металлов в Свердловской области и Забайкалье…
Перед началом полевых работ нужно проводить поверку приборов, чтобы они давали точные показания. Для этого существуют метрологические центры, располагающие нужным оборудованием. А петербургские геофизики делают это на собственной метрологической базе, находящейся во Всеволожске. Там есть установка, моделирующая природное магнитное поле (вроде той, что имеется во Всероссийском НИИ метрологии имени Д. И. Менделеева). Благодаря ей можно определить, годится ли магнитометр для измерений или нуждается в калибровке.
Значит, можно, создав свой магнитометр, самостоятельно его тут настроить. В общем, сама жизнь подвигала к тому, чтобы этим заняться. И в начале текущего года инженеры из двух отделов предприятия, метрологии и приборостроения, приступили к опытно-конструкторским работам.
Для начала выяснили плюсы и минусы действующих приборов. Время-то идёт, возникают новые материалы, прочнее и легче, появляются микрочипы, каждый из которых способен заменить плату. Узнали, какие отечественные комплектующие доступны (софт использовали свой), хотя применять китайские проще. Новый прибор должны были отличать также оптимальная скорость замеров, невысокая себестоимость и такая компоновка, чтобы не менять корпус при его модификации.
На маршрут без смартфона
Работы по сборке магнитометра наконец позади. Геофизики проверили его прототип на своей метрологической базе. И приступили к полевым испытаниям прибора (измерительный датчик, держатель и пульт управления). Они проходят в Карелии, на Кирьяволахтинской площади, где магнитную съёмку вело раньше Центральное производственно-геологическое объединения (ПГО) Росгеологии. Причём с воздуха, используя беспилотник.
После рекогносцировки геофизики пройдут несколько раз с новым прибором по отдельным профилям площади. Тестирование продлится до конца осени – занимаются этим оператор и опытный геофизик. По итогам этих работ предстоит выяснить, разнятся ли результаты замеров с данными, полученными ранее. И влияют ли на работу новинки погодные условия, ЛЭП и другие объекты, создающие помехи.
Новый магнитометр, по задумке его создателей, должен действовать быстрее и точнее прежних. Удалось ли этого добиться, говорить рано. Но он компактней и легче родственных, а для геофизиков, которым приходится преодолевать порой десятки километров, это очень важно.
Объём полевых работ зависит от геологических задач (скажем, какую залежь нужно найти и на какой глубине), масштаба поиска и сложности маршрута, который может проходить по сильно пересечённой местности. И опыт полевика, между прочим, играет тут немалую роль.
Он сверяет свои данные с показаниями станции, регистрирующей значения магнитного поля. Это необходимо для того, чтобы понять, повлияли возможные магнитные бури на полевые измерения или нет (нельзя иметь при себе даже смартфона, вызывающего помехи в работе прибора). Оператор может оценить, корректно ли работает прибор, и заново пройти, если что, нужный отрезок пути. А потом передаст в офис по спутниковой связи (мобильная в отдалённых районах не всегда действует) эти полевые данные.
– Оборудование новое, могут возникнуть шероховатости, неучтённые моменты, – рассуждает Шаткевич. – Но мы к ним готовы, и надеемся, что прибор нас не разочарует.
В любом случае, появление его новой востребованной модели, тем более с учётом новых для отрасли вызовов, – событие значимое. После апробации новинки петербуржцы намерены перейти к её серийному производству, закрыв для начала потребности предприятий своего холдинга. А затем приступят к созданию других модификаций прибора – для аэрогеофизики и морской разведки.
А там, глядишь, предложат и гравиметр собственного образца. Такая работа захватывает с головой, главное – начать, и дело обязательно сдвинется. Верно ведь говорят: дорогу осилит идущий.
Автор: Всеволод Зимин