Семь метров под землей

Тысячелетиями обитая на поверхности суши, человек все больше зависит от подземных процессов. Если в древние времена его существование определяли только сейсмические процессы, изменение климата и движение подземных вод, то сегодня под его ногами находятся все энергетические ресурсы и львиная доля инженерных коммуникаций. В Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН разработан новый уникальный прибор – электромагнитный сканер, при помощи которого геологи, археологи и работники ЖКХ за считанные минуты могут получить четкое трехмерное изображение объема земли на глубину около 7 метров.

Верхний слой Земли толщиной 10-15 метров представляет особую важность для людей. В него уходят все электрические токи, в нем пролегают водопроводные трубы, телефонные и оптоволоконные кабели. Однако если установить фундамент на осадочных породах грунта, мы получим трещины в стенах нового дома уже через несколько лет, а шоссе, пролегающее по такой земле, нужно дополнительно укреплять, чтобы избежать ежегодного ремонта.

Сегодня всех этих неприятностей легко можно избежать, используя полезную и экономически рентабельную аппаратуру. Для потенциального потребителя ее создали сотрудники ИНГГ СО РАН. Они продемонстрировали, что для производства мощных и простых приборов совсем не обязательно строить Технопарк и создавать Центр коллективного пользования, оборудованный по последнему слову техники. Если есть хорошая идея и энергичные специалисты, которые готовы ее развить и реализовать, то вполне качественное оборудование можно собрать и в институтской лаборатории.

При использовании метода частотного зондирования на поверхность земли укладывается передающая рамка – катушка с электромагнитным током. Она создает в земле индуцированные токи, которые измеряются с помощью специального оборудования. Но когда приемники находятся достаточно близко к передатчику, то сигнал начинает зависеть не от среды, а только от передатчика, а значит, изменения среды измерить нельзя. Однако на момент существования этой теории не было достаточно чувствительной электроники, а с ее появлением, спустя годы, сотрудники ИНГГ все-таки решили проверить, можно ли измерить «неизмеримое».

Первый прототип сканера был собран на базе швабры примерно 12-15 лет назад под руководством А.К. Манштейна и М.И. Эпова. Затем создали уже более рабочую версию – 25-килограммовый сканер с хозяйственной тележкой, какую используют дачники, только начиненной электроникой. Сверху на ней стоял компьютер, снизу – автомобильный аккумулятор, и все это работало в автономном режиме не больше двух минут. Сегодня весь этот зонд находится в одном корпусе и весит 8 кг, управляется по каналу Bluetooth с обычного карманного компьютера КПК, а «умная» система визуализации позволяет в прямом режиме получать трехмерные и двумерные данные.

– Как говорил Ландау, учеными бывают только коты, а мы сегодня продемонстрируем прибор, который разработали наши научные сотрудники, – открыл презентацию директор ИНГГ СО РАН Михаил Эпов. Через час газон напротив Института математики по проспекту Коптюга заполнила группа журналистов – участников и свидетелей конкурса по скоростному обнаружению водопроводной трубы с помощью электромагнитного сканера. Задача оказалась слишком примитивной для такого оборудования, но попробовать аппаратуру пусть и в таком нехитром в деле было интересно. Два тележурналиста в сопровождении многочисленных видеокамер проследовали вдоль газона с 8-килограммовым сканером и прибором GPS.

Электромагнитный сканер позволяет строить карты горизонтальных пластов и вертикальных разрезов. Прибор успешно прошел полевые испытания в самых разных областях науки. По его данным новосибирские археологи восстановили положение граней пирамиды погребального кургана в Хакасии, а также обнаружили мумию мужчины в ледяной линзе одного из курганов пазырыкской культуры в Монголии. Экологи использовали сканер для составления карты загрязнения Салаирского хвостохранилища, а итальянская антарктическая экспедиция исследовала состояние пород древнего вулкана. Кроме того, с помощью ЭМС проводилось картирование трубопровода и выполнялся поиск захороненных металлических объектов и графитовых стержней. В сфере ЖКХ сканер может использоваться, например, для быстрого обнаружения места течи трубопровода задолго до того, как фонтан воды начнет бить на поверхности, а также для изображения области подземного затопления при прорыве коммуникаций водоснабжения. Аппарат также оценивает объем загрязнений грунта и вод растворами солей и нефтепродуктами.

Доктор исторических наук, археолог Марина Чемякина рассказала, как разные экспедиции Института истории и археологии применяли ЭМС на раскопках. На построенной сканером картинке она показала насыпь еще не вскрытого археологами древнего кургана и его внутренние срезы на разных глубинах – каменные кладки, земляные насыпи, вырезанные из дерна кирпичи. По уровню сопротивления плотных сред сканер четко определяет границы нетронутого человеком пространства под курганом – уровня, до которого археологам предстоит копать это захоронение в следующем полевом сезоне.

– Это единственный в мире прибор электромагнитных и магнитных методов, способный работать в условиях городских и индустриальных помех, – сообщил заместитель начальника проекта ЭМС Юрий Манштейн. – В частности, в центре Новосибирска с его помощью были откартированы подземные коммуникации (кабель и водопровод), когда специалисты ЖЭУ не смогли разобраться, к какой магистрали подходит водопровод одного из домов на их участке.

В настоящее время налажено мелкосерийное производство сканеров на базе ИНГГ и Опытного завода СО РАН. До недавнего времени Академии наук было запрещено создавать малые предприятия для производства продукции, но с начала лета в Думе утверждается Закон о предоставлении такой возможности. Разумеется, это не означает, что ученые-разработчики переквалифицируются в инженеров поточного производства. Каждый будет заниматься своим делом, но бюджет института станет прирастать за счет новых разработок. Ведь стоимость прибора составляет более 600 тысяч рублей. Первые 14 аппаратов приобретены российскими (институты РАН) и зарубежными (Италия, Индия) исследовательскими организациями, а также некоторыми промышленными предприятиями.

Мария ШКОЛЬНИК