Эврика-87

Неизвестен 3 Автор

Если надзор за горнодобывющим районом ведется регулярно, то накапливаются точные данные об изменениях, происходящих на контролируемой территории, выявляются новые черты на лике земной поверхности.

Ретроспективный подход показывает жизнь территории в динамике.

Такой литомониторинг дает возможность проанализировать, правильно ли выбраны места отвалов, подсчитать, сколько пустой породы там разместится безболезненно для окружающей среды или даже с пользой (засыпанные овраги, балки приостанавливают эрозию почвы). Поможет определить, в каких именно местах развеивание пыли надо преградить.

О последствиях подземной добычи удается судить по косвенным признакам. Шахты или рудники, сооруженные

на глубине, оказывают влияние на состояние поверхностных или подземных вод, это, в свою очередь, сказывается на рельефе, на почвеннорастительном покрове. По таким изменениям, замеченным при дистанционных съемках, можно судить, насколько рационально ведется рудничное хозяйство. Заболачивание территории над рудником, появление просадок электромагнитных зондировании с использованием искусственных источников, сила тока в которых и его конфигурация заведомо задаются исследователем. Трудность была одна:

отсутствовали источники достаточно большой мощности.

Пороховой двигатель в упряжке геофизиков

Ученые Института атомной энергии имени И. В. Курчатова предложили мощные магнитогидродинамические (МГД) генераторы, развивающие в коротких импульсах колоссальную мощность-до 80-100 тысяч киловатт и создающие ток силой до 20 тысяч ампер!

Импульсный МГД-генератор представляет собой пороховой ракетный двигатель, преобразующий энергию сгорающего твердого топлива в электрический ток. В таком двигателе сгорает твердое топливо с добавками легкоионизирующихся веществ. Образующийся поток электропроводящей плазмы с температурой около 3000 градусов Цельсия с огромной скоростью проносится через сопло прямоугольного сечения. Верхняя и нижняя стенки этого так называемого МГД-канала выполнены из термостойкого электроизолирующего материала, боковые же имеют покрытия из тугоплавкого металла - они выполняют роль токосъемных электродов. Сверху и снизу от МГД-канала укреплены катушки с проводом (соленоиды), по которым одновременно с началом сжигания топлива пропускается ток большой силы. Он создает поперечное магнитное поле, в котором поток плазмы резко тормозится. В результате между электродами в МГД-канале возникает сильный импульс тока.

Этот импульс направляется либо к двум электродам, закопанным в землю на расстояниях от сотен метров до нескольких километров друг от друга, либо питает большую (диаметром до нескольких километров) петлю с про

водом, расположенную на поверхности Земли. В первом случае говорят, что в качестве источника первичного поля используется электрический диполь, а во втором - индукционная петля. Ток в диполе или петле весьма резко меняется во времени, причем форма импульса тока близка к прямоугольной, а его длительность меняется от 5 до 15 секунд.

Первичное переменное электромагнитное поле, возникающее при прохождении тока в диполе или петле, индуцирует в проводящих слоях Земли электрические токи, которые создают вторичное (индуцированное) поле, Специальные датчики, расположенные на поверхности, регистрируют суммарный эффект этих двух полей. При этом индуцированные в Земле токи и соответственно вторичные поля зависят от распределения электропроводности исследуемой области земной коры.

Электропроводность же земных недр может дать информацию о так называемом термодинамическом и фазовом состоянии горных пород на больших глубинах, а также о зонах, перспективных в отношении полезных ископаемых (рудные залежи - хорошие проводники, нефть и газ-плохие).

Токовые петли

В СССР разработано несколько типов геофизических МГД-установок. Одна из них-"Хибины"-установлена на узком перешейке, соединяющем Кольский полуостров и полуостров Рыбачий, и служит для "просвечивания" материковых недр и прилегающего шельфа Баренцева моря на глубину до нескольких десятков километров.

Ток, вырабатываемый

МГД-генератором, идет по двум массивным алюминиевым проводам к металлическим заземлениям, расположенным в двух заливах, окружающих перешеек. Этот ток растекается в море, образуя вокруг полуострова Рыбачий расходящиеся петли радиусом 50-100 километров.

Токовые петли и являются первичными источниками электромагнитного поля, зондирующего глубины. Сила тока в излучателе, как уже сказано, составляет около 20 тысяч ампер, что в сотни раз больше, чем в применявшихся стандартных геофизических установках, основанных на использовании автомобильных генераторов.

Использование источников такой мощности позволило не только резко увеличить глубину зондирования.

Появилась возможность исследовать в поле одного излучателя огромные территории. В частности, на Кольском полуострове с помощью МГД-зондирования изучена структура проводимости земной коры на большой площади. И результаты, надо сказать, оказались неожиданными. Так, раньше считалось, что местный кристаллическийщит - это сравнительно однородная область, сложенная плохо проводящими породами. В действительности же обнаружено около десятка крупных блоков разного электрического сопротивления. В ходе эксперимента выявлены токопроводящие каналы, связанные с рудоносными объектами, определены зоны, перспективные с точки зрения поиска месторождений полезных ископаемых.

Голограммы залежей

Итак, применение в геофизике МГДгенераторов позволяет лучше разбираться в сложной мозаике электропроводности глубинных горных пород.

Возник вопрос: а нельзя ли с помощью описанного МГД-метода не только "высвечивать" скрытые залежи, а и получать их объемные изображения? Оказывается, можно. В СССР разработан и применяется метод, использующий идеи оптической голографии.

С той лишь разницей, что при зондировании с применением МГД-генераторов расположенные на земной поверхности специальные датчики вместо световых волн фиксируют амплитуду и фазу электромагнитного поля, создаваемого МГД-источником. Процедура освещения голограммы лучом лазера, свойственная оптической голографии, заменяется тем, что в точках земной поверхности, где расположены датчики поля, как бы мысленно размещаются вспомогательные источники тока, форма сигналов в которых меняется по закону, определяемому зарегистрированным полем. Электромагнитное поле, создаваемое такими "вспомогательными" источниками, называется миграционным полем. Оно так же, как и в обычной голографии, формирует изображение глубинного строения Земли.

Совсем "не такая"

Земля...

Лет двадцать назад молодой геолог Владимир Николаевич Ларин часто бывал в Казахстане. Занимали его месторождения редких металлов - те, что скрыты от нас на большой глубине. Месторождения эти гидротермальные, то есть образуются из горячих минерализованных вод, циркулирующих в недрах Земли. И никак не мог понять Ларин: откуда в гранитной магме, которая выплавляется из кристаллических пород земной коры, могла появиться вода? Никто над этим раньше не задумывался, а у Владимира Николаевича повод для вопроса появился вполне обоснованный. Вода состоит, как известно, из кислорода и водорода.

И как ни пытался Ларин "свести баланс", одно и то же получалось: кислорода достаточно (его, по современным представлениям, более 40 процентов в теле планеты), а водорода катастрофически не хватало. Но вода тем не менее есть - месторождения гидротермальные, этим все сказано.

Вот тогда впервые и подумал В. Ларин: а что, если водород поступает из более глубоких недр - из мантии Земли7

Подумал - и сам себе удивился:

откуда только смелость взялась? По нынешним понятиям, никакого водорода в мантии нашей планеты вообще нет. Кислорода сколько угодно, а про водород, кажется, до сих пор не слыхали...