В 1964 году в Институте геофизики была организована лаборатория ионосферы, которая затем переименовывалась в лабораторию распространения электромагнитных волн (1972 г.), индукционных зондирований (1978 г.), а с 1994 года имеет современное название – лаборатория экологической геофизики.
С момента организации до 1990 года лабораторию возглавлял д.г.-м.н. Г.В. Астраханцев, с 1990 по 2006 гг. – к.т.н. Р.В. Улитин, с 2007 года заведует лабораторией д.ф.-м.н. А.Ф. Шестаков.
Геннадий Васильевич Астраханцев – участник Великой Отечественной войны. Награжден двумя орденами Отечественной войны II степени, медалью «За взятие Берлина».
С 1948 года работал инженером в геофизической лаборатории Уральского геологического управления. В 1957 году окончил геофизический факультет Свердловского горного института и до 1959 г. оставался руководителем геофизической партии.
 |
Астраханцев Геннадий ВасильевичДоктор геолого-минералогических наук, первый заведующий лабораторией индукционных зондирований (1964–1990 гг.) |
В Институте геофизики Г.В. Астраханцев продолжил заниматься индукционной электроразведкой, которая к 60-м годам выделилась в отдельное направление геоэлектрических исследований. В 1964 г. защитил кандидатскую диссертацию по техническим наукам на тему «Электромагнитное зондирование для изучения проводников и слоистых сред», что предопределило дальнейшее развитие тематики, возглавляемой им лаборатории как в области теоретических исследований, так и аппаратурно-методических разработок.
Под его руководством защитили кандидатские диссертации Р.В. Улитин, В.С. Титлинов, Р.Б. Журавлева, П.П. Скачков и Д.Н. Волынский, что привело к расширению области применения оригинальных методов геоэлектрических исследований. В частности, совместно с В.С. Титлиновым создана технология дистанционных индуктивных зондирований, успешно применяющаяся в рудных провинциях Урала при поисках медноколчеданных месторождений и изучении водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей. Экспериментальные работы способствовали открытию Шемурского (Северный Урал), изучению глубокозалегающих залежей Подольского, Юбилейного (Южный Урал) и других медноколчеданных месторождений.
Особо следует отметить разработку Г.В. Астраханцевым оригинальной частотно-избирательной измерительной аппаратуры и приемных датчиков для проведения уникального эксперимента по глубинному электромагнитному зондированию с использованием импульсного МГД – генератора. Научное руководство разработкой технических средств возбуждения поля осуществляли академики РАН Е.П. Велихов и Б.П. Жуков, а геофизической частью исследований – член-корреспондент РАН Ю.П. Булашевич.
В 1988 году Г.В. Астраханцев защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук на тему «Индукционное зондирование при изучение контрастных по электропроводности сред».
К 80-м годам разрабатываемые в лаборатории методы стали интенсивно применяться в инженерной геофизике при выявлении участков многолетней мерзлоты; поисков скрытых пустот в массивах известняков и песчаников; поисков трубопроводов и мест утечек из них; обнаружении и локализации зон просачивания в гидротехнических сооружениях, ограждающих накопители промышленных отходов производства, представляющих угрозу экологической безопасности и т.п., что предопределило в дальнейшем геоэкологическую направленность в геофизических исследованиях лаборатории.
Г.В. Астраханцевым опубликовано более 50 научных работ, в том числе 1 монография и 4 изобретения.
 |
Улитин Руслан ВасильевичКандидат технических наук, заведующий лабораторией экологической геофизики (1990–2006 гг.) |
Руслан Васильевич Улитин в 1958 г. окончил геофизический факультет Свердловского горного института и получил специальность инженера-геофизика.
В 1960 г. поступил в аспирантуру Института геофизики, в 1966 году защитил диссертацию и получил степень кандидата технических наук.
Работал младшим, старшим научным сотрудником, в период 1990–2006 гг. возглавлял лабораторию экологической геофизики. С 2007 по 2009 гг. продолжал активно работать в должности ведущего научного сотрудника этой лаборатории.
Под руководством и непосредственном участии Р.В. Улитина:
- разработан метод изучения вызванной поляризации горных пород с использованием переменного тока;
- выполнено физико-теоретическое обоснование и осуществлено внедрение комплексной геоэлектрической методики контроля и мониторинга состояния природной среды, подвергшейся интенсивным техногенным нагрузкам;
- разработаны методика и система интерпретации глубинных электромагнитных зондирований с МГД-генератором;
- установлена связь вариаций физических характеристик массивов горных пород с изменением напряженно-деформированного состояния геологической среды;
- обнаружены устойчивые корреляционные связи между концентрацией тяжелых металлов и общей минерализацией вод в поверхностных водотоках Урала;
- в различных регионах России и Казахстана осуществлена геоэкологическая паспортизация районов размещения хранилищ промышленных отходов.
Итогом работы Р.В. Улитина в качестве заведующего лабораторией стало становление руководимого им научного направления по методике изучения техногенного загрязнения природной среды и контроля состояния инженерных сооружений электромагнитными методами.
Под его руководством в 2005 г. в этом направлении О.И. Федоровой была защищена кандидатская диссертацию по геолого-минералогическим наукам на тему «Геоэлектрическая диагностика загрязнения геологической среды промышленными стоками».
Научные разработки Р.В. Улитина в области изучения техногенного загрязнения урбанизированных территорий широко использованы при геоэкологических исследованиях на Урале, Дальнем Востоке, в Казахстане. Значительная часть выявленных геоэлектрических аномалий заверены бурением и горными работами, подтвердившими геофизические данные.
По результатам научной деятельности Р.В. Улитина опубликовано более 160 печатных работ, в том числе 14 изобретений и патентов Российской Федерации.
Научно-исследовательские работы лаборатории
Несмотря на трансформацию названия лаборатории, основным направлением проводимых в ней научно-исследовательских работ является развитие теории и практики индуктивных и кондуктивных методов геоэлектрических исследований при решении структурных, рудно-поисковых, инженерно-геологических, а в последнее время – и геоэкологических задач.
За последние 15 лет научные исследования лаборатории экологической геофизики выполнялись в рамках следующих тем:
- Разработка вопросов теории и методики геоэлектрических способов поиска рудных месторождений и диагностики техногенного загрязнения геологической среды.
- Разработка электромагнитных методов изучения техногенного загрязнения геологической среды, контроля состояния инженерных объектов и поиска рудных месторождений.
- Развитие электромагнитных методов изучения верхней части геологического разреза и контроля состояния инженерных сооружений при техногенных и природных воздействиях.
- Комплексирование электромагнитных методов при изучении верхней части геологического разреза и разработка технологий их применения в геоэкологических исследованиях.
Результаты исследований, проводимых в лаборатории экологической геофизики
Из основных научных результатов, полученных сотрудниками лаборатории (с начала ее организации), следует отметить следующие:
- Теоретически обоснована, аппаратурно-методически обеспечена, экспериментально опробована и использована в Уральском регионе методика электромагнитных зондирований с индукционным возбуждением первичного поля, включающая технологии частотных и геометрических зондирований и способы интерпретации экспериментальных данных. Совместно с производственными организациями новые методики успешно применялись при решении структурных задач и обследовании рудоперспективных площадей на глубину до одного километра.
- Впервые в мировой практике на Урале совместно с Институтом атомной энергии АН СССР осуществлен уникальный эксперимент по глубинному электромагнитному зондированию с использованием магнитного источника – незаземленной петли размером 1×1 км, питаемой мощным магнитогидродинамическим генератором, обеспечивавшим силу тока в контуре до 40 тысяч ампер. Благодаря применению разработанных в лаборатории оригинальной частотно-избирательной измерительной аппаратуры и приемных датчиков дальность уверенной регистрации составляющих электромагнитного поля достигала 80 км, что позволило изучить геоэлектрическое строение земной коры на всю ее мощность.
- Разработана оригинальная лабораторная установка для изучения электрофизических характеристик минералов, руд и горных пород, что привело к установлению нового физического явления – поляризации горных пород под воздействием переменного электромагнитного поля звуковых частот. Теоретические и экспериментальные исследования легли в основу новых методов вызванной поляризации на переменном токе: частотной дисперсии и фазовых измерений, которые применялись при поисково-разведочных работах на Урале, Дальнем Востоке, Камчатке, в Казахстане, Таджикистане.
- Исследованы особенности переходных характеристик электромагнитного поля в поляризующихся средах. Показано, что влияние поляризуемости пород качественно меняет характер становления поля: измеряемая ЭДС с течением времени меняет знак, становится немонотонной. Амплитуда экстремума в области отрицательных значений ЭДС зависит от поляризационных свойств среды. Эти исследования позволили объяснить многочисленные экспериментальные неклассические переходные характеристики становления поля (ранее браковавшиеся).
- На основе изучения закономерностей распространения в геологической среде техногенных электромагнитных полей промышленной частоты разработана методика объемного геоэлектрического картирования с использованием этих полей. По результатам работ в районе Сафьяновского месторождения (Свердловская обл.) было выявлено несколько аномальных зон и оценена глубина залегания проводящих объектов. Тремя разведочными скважинами, пройденными на аномалиях, установлено наличие сульфидного оруденения под трехсотметровой толщей перекрывающих серпентинитов.
- Разработан по единой алгоритмической схеме пакет программ ЕМРАСК (более 30 программ) для анализа и автоматической обработки данных электромагнитного профилирования и зондирования в дистанционном и частотном вариантах. Пакет позволяет решать прямые и обратные задачи геоэлектрики для различных типов возбуждения плоскослоистой среды стационарным или гармоническим электромагнитным полем.
- Показана перспективность комплексирования индуктивного и кондуктивного способов возбуждения поля при электромагнитных зондированиях с целью повышения информативности интерпретации полученных результатов.
- На основе математической обработки данных о гидрохимических характеристиках вод наиболее загрязненных рек Среднего Урала установлены устойчивые корреляционные связи между общей минерализацией воды и суммарным содержанием тяжелых металлов (в единицах предельно-допустимых концентраций). Этот результат позволил использовать изучение электропроводности воды (метод резистивиметрии) для оценки суммарной концентрации тяжелых металлов. В отличие от принятого отбора проб воды с дискретностью один раз в месяц, резистивиметрический контроль выполняется непрерывно в автоматическом режиме, что позволяет отслеживать все изменения экологического качества воды, в том числе и вызванные залповыми сбросами в реки неочищенных промышленных стоков.
- Выполнены теоретические и модельные исследования особенностей распределения электрического поля токов растекания локального источника для обоснования методики установления связи зон повышенной электропроводности в верхней части разреза с загрязнением подземных вод промышленными стоками, мигрирующими из накопителей промышленных отходов. Показано, что поставленная задача эффективно решается путем определения по площади направлений большой оси полярных диаграмм электрического поля. Методика успешно опробована в районах размещения накопителей промстоков на Урале и в Казахстане.
- Обоснована методика индукционных частотных зондирований, использующая две соосно расположенные возбуждающие петли разного размера, в каждой из которых питающие токи различаются по фазе на 180°. Это позволяет сфокусировать возбуждающее электромагнитное поле в заданном интервале глубин и получить максимальный электромагнитный отклик от расположенных здесь объектов повышенной электропроводности.
- Теоретически и экспериментально обоснована комплексная геоэлектрическая система контроля химического загрязнения геологической среды, вызванного обогащением подземных вод токсичными промышленными стоками из-за фильтрации их в среду из накопителей жидких отходов производства. Комплексная методика предусматривает получение информации об экогеологическом состоянии обследуемой территории. Использование методики позволяет:
- обнаружить местоположение очагов просачивания жидких токсичных отходов сквозь дамбы, ограждающие хранилища, в окружающую среду;
- локализовать на территории, примыкающей к накопителям, участки загрязнения минерализованными стоками подземных вод, изучить их распространение по площади и глубине.
Комплексная геоэлектрическая система использована при обследовании восемнадцати участков в районах размещения хранилищ промышленных отходов в Свердловской, Челябинской областях, Хабаровском крае и Казахстане. Большинство геофизических аномалий заверено горно-геологическими работами, подтвердившими приуроченность аномалии к загрязненным участкам геологической среды.
- Разработана и изготовлена установка малоглубинной индукционной разведки, предназначенная для:
- обнаружения в близповерхностных отложениях локальных или линейно-вытянутых объектов, отличающихся от вмещающей среды по магнитным или электрическим свойствам (инженерные коммуникации);
- картирования электропроводных зон в почвенно-грунтовых комплексах (участки деградации мерзлоты в криолитозоне).
Установка испытана на полигоне в ФРГ, успешно применялась при инженерных изысканиях в г.г. Челябинске и Златоусте.
- Теоретически и экспериментально обоснована технология геоэлектрической дефектоскопии насыпных инженерных объектов (гидротехнических сооружений, дамб, насыпей автодорог, железных дорог и др.), включающая методики: естественного электрического поля, электропрофилирования и зондирования с дифференциальной установкой, вертикального электрического зондирования. Технология позволяет выявить участки разуплотнения и просачивания воды сквозь насыпные гидротехнические сооружения.
- Разработана методика изучения строения техногенных россыпей драгметаллов и выявления очагов мерзлоты методами электроразведки (дипольное электромагнитное профилирование, дистанционное электромагнитное зондирование), которая опробована на месторождениях Северного Урала и Дальнего Востока.
- На основе изучения магнитных характеристик образцов различных компонентов природной среды разработаны методические основы исследования процессов аэрогенного загрязнения урбанизированных территорий пылевыми соединениями металлов.
Всего сотрудниками лаборатории (с начала ее организации) опубликовано свыше 600 научных работ (в том числе три монографии и два методических пособия), получено более 50 авторских свидетельств и патентов. На всесоюзных, российских и международных конференциях сделано порядка 200 научных докладов.
За время существования лаборатории защищены одна докторская и восемь кандидатских диссертаций. Значительный вклад в развитие теории и практики геоэлектрических и геоэкологических исследований внесли ранее работавшие в лаборатории сотрудники: к.г.-м.н. В.С. Титлинов, к.ф.-м.н. Р.Б. Журавлева, к.ф.-м.н. Р.Л. Харус; к.т.н. Б.М. Чистосердов д.т.н. И.М. Федоров, к.ф-м.н. П.П. Скачков, к.т.н. Д.Н. Волынский, к.ф-м.н. А.А. Нульман, вед. инженер В.П. Бакаев, ст. инженер Д.Г. Миронов.
В настоящее время лаборатория экологической геофизики продолжает выполнять исследования по теме «Комплексирование электромагнитных методов при изучении верхней части геологического разреза и разработка технологий их применения в геоэкологических исследованиях».
Список сотрудников лаборатории экологической геофизики
- Шестаков Алексей Федорович – заведующий лабораторией, д.ф.-м.н.
- Федорова Ольга Ивановна – старший научный сотрудник, к.г.-м.н
- Давыдов Вадим Анатольевич – старший научный сотрудник, к.г.-м.н
- Горшков Виталий Юрьевич – научный сотрудник
- Климшина Анна Павловна – младший научный сотрудник
- Маликов Александр Владимирович – старший инженер
- Бобровников Николай Витальевич – старший инженер
- Девятьяров Валерий Васильевич – инженер
- Петухова Юлия Борисовна – инженер
- Аксенова Татьяна Михайловна – техник 1 кат.
- Кайгородов Владимир Николаевич – слесарь по ремонту а/м