Учёные ФИЦКИА УрО РАН успешно применили пассивные сейсмические методы для установки первой сейсмостанции на Новой Земле

Установка сейсмической станции на Южном острове архипелага Новая Земля три года назад в кратчайшие сроки стала возможной благодаря использованию пассивных сейсмических методов. Как заявили учёные Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н. П. Лавёрова Уральского отделения РАН, применяемый ими методологический комплекс хорошо себя зарекомендовал как для фундаментальных, так и для прикладных исследований, которые могут быть востребованы промышленными предприятиями российской Арктики и Дальневосточного региона.  

 

В 2022-м году учёные ФИЦКИА УрО РАН совместно с коллегами из Геологического института РАН впервые установили стационарную сейсмическую станцию на Новой Земле. Монтаж оборудования в районе аэрологической станции «Малые Кармакулы» на острове Южный арктического архипелага был выполнен оперативно. Но сначала учёные провели исследование геологической среды для подбора наиболее оптимального места для установки оборудования.  

 

Ограниченность во времени была связана с рейсами судов, обеспечившими транспортировку учёных и оборудования на остров, а после выполнения работ – доставку людей обратно на материк. Обследование территории и установка оборудования заняли всего семь дней. 

 

Отечественные специалисты часто заявляют о слабой изученности Арктики по самым разным исследовательским направлениям. Геотектоника – не исключение. Определение подходящей площадки для сейсмостанции стало краеугольным камнем проекта. Выбор территории аэрологической станции «Малые Кармакулы» Северного управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды был связан с инфраструктурными потребностями. В частности, необходимостью круглогодичного подключения к электричеству. С другой стороны, учёные заведомо представляли геологические сложности этого района. 

 

– Для того, чтобы установить сейсмическую станцию   необходим стабильный, целостный блок геологической среды. Благодаря данным, предоставленным нашим коллегой Дмитрием Сергеевичем Никитиным из Геологического института РАН, мы знали, что территория Малых Кармакул сильно раздроблена в тектоническом плане. Но никаких детальных исследований по изучению глубинного строения  этой территории ранее не проводилось. Выбор места, где поставить станцию, – сложная проблема. А в ситуации цейтнота – вдвойне сложная, – рассказывает заведующая лабораторией сейсмологии ФИЦКИА УрО РАН, член-корреспондент РАН Галина Антоновская. 

 

          

 

После прибытия на остров Южный нужно было действовать быстро, эффективно и надёжно. Необходимость быть оперативными и некоторые другие факторы склонили чашу весов в пользу применения пассивных сейсмических методов. 

 

– Пассивные методы отличаются от активных, классических геофизических методов тем, что они более оперативны и менее трудозатратны. Самое главное, что не надо применять искусственный источник упругих волн. Можно пользоваться естественными волновыми проявлениями – регистрировать микросейсмический фон. Это проще, дешевле и экологичнее, – комментирует старший научный сотрудник лаборатории сейсмологии ФИЦКИА УрО РАН Константин Данилов. 

 

Для применения активных сейсмических методов требуется искусственное возбуждение зондирующих волн. В этом случае учёные традиционно используют кувалду для глубин до 100 м. Однако важно представлять и более глубинные структуры. В пассивной методологии достаточно записать и проанализировать имеющиеся волновые поля, а глубинность при этом достигается до 15–20 км.  

 

Несмотря на сжатые сроки, исследователям удалось применить целый комплекс пассивных методов. Основа комплекса – метод микросейсмического зондирования, который разработан  ведущим научным сотрудником Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Андреем Горбатиковым. В дополнение были привлечены и другие методы: пассивная интерферометрия, анализ эндогенного сейсмического излучения и метод Накамуры.

 

Учёные провели замеры микросейсмического фона примерно на полукилометровом отрезке  территории, где предполагалось поставить сейсмостанцию. Ставили датчики, проводили регистрацию микросейсм  и переставляли датчики на новые участки. Полученные записи были оперативно обработаны различными пассивными сейсмическими методами.

 

В результате проделанной работы был получен скоростной разрез до глубин 800 м,  характеризующий блоковое строение исследуемой территории, была оценена микросейсмическая активность выявленных разрывных нарушений, что в итоге  позволило корректно определить место для установки станции. Вот уже в течение трёх лет станция стабильно передаёт сейсмические данные на серверы Архангельской сейсмической сети.   

 

– Мы показали, что комплекс пассивных сейсмических методов может стать эффективным инструментом для оперативного рекогносцировочного анализа геологической среды. Его можно использовать в сложных условиях Арктики, в том числе в условиях распространения многолетнемерзлых пород при технологичных и относительно недорогих изысканиях – подчеркнула Галина Антоновская.

 

Комплекс пассивных сейсмических методов также был апробирован в рамках исследования для одного из крупных металлургических предприятий Забайкальского края. Учёные ФИЦКИА УрО РАН провели оценку площадки для строительства горно-обогатительного комбината.

 

По словам Константина Данилова, территория Забайкальского края имеет сложную тектоническую структуру и характеризуется интенсивной сейсмичностью. Глубина залегания вечной мерзлоты здесь составляет до двух километров, однако процессы деградации мерзлоты в силу климатических изменений уже проявляют себя. При этом сложный рельеф значительно затрудняет реализацию многих классических геофизических методов. Тестирование разработанных подходов в подобных условиях являлось важным для оценки возможностей пассивных сейсмических методов.

 

Проведя экспресс-оценку, учёные не рекомендовали использовать ранее рассматриваемую площадку под строительство инженерных объектов. 

 

     

 

Статья о применении комплекса пассивных сейсмических методов на Новой Земле опубликована в международном научном журнале «Исследования в области геофизики» (Surveys in Geophysics). 

 

Фото Галины Антоновской и Алексея Кошкина.