В честь Дня изобретателей и рационализаторов музей GEOS рассказывает интересные факты о геологических изобретениях.
Праздник был учреждён в СССР в 1979 году, и до распада Союза праздновался во всех республиках. Сейчас День изобретателя в неизменном виде сохранился только в Российской Федерации и Республике Беларусь. В других республиках изменилось либо название, либо дата, а кое-где данный праздник упразднён.
Немногие, услышав или прочитав фразу «геологические изобретения», сразу могут представить себе, что это может быть и как это выглядит. Ещё труднее представить, что можно рационализировать в геологии. Причина достаточна проста. В привычном представлении геолог – это человек с молотком, лопатой и палаткой, который где-то что-то с помощью этого находит.
Этот образ сформирован основным способом, применяемым в геологоразведке: геологической съёмке территории. Она представляет собой изучение как естественных, так и искусственных обнажений горных пород. Соответственно, ещё до появления современной техники все соответствовало шаблону, сформированному вокруг личности геолога.
Основным объектом исследований являлись естественные обнажения, (определяется возраст, происхождение, состав породы и форма её залегания). Бурение (искусственное обнажение) осуществлялось и осуществляется для более детального изучения «перспективной» территории. Также собираются образцы горных пород, минералов и окаменелостей для более детального изучения. В зависимости от целей, изучались несколько точек расположенных либо линейно (вдоль какого-либо маршрута), либо имеющих площадное расположение. Полученные данные сопоставлялись, и результаты наносились на карты. Что в итоге, вместе с визуальным осмотром рельефа, и давало представление о геологическом строении и соответствующих телах, которые могут представлять интерес.
В течение прошлого века данный способ геологоразведки заметно изменился сам, а также к нему добавились другие, появившиеся в конце 19 - начале 20 века и сформировавшиеся в самостоятельные способы к 20-30 гг. 20 века.
С появлением авиации появилась и возможность осматривать рельеф и делать его снимки с высоты, что позволило лучше и проще формировать представление о геологическом строении территории и сопоставлять увиденное с топографическими картами. По мере её развития упростился доступ к далёким территориям, и появилась возможность осуществления геологоразведки другими методами с воздуха, что заметно упростило их использование.
Если раньше находились и использовались горные породы, лежащие на поверхности, то, по мере развития техники (в частности, буровых установок), и разведка, и исследования, и добыча начали всё сильнее углубляться в земную кору. К примеру, бурились сверхглубокие скважины, такие как Кольская. Ее целью была граница Мохоровичича для подтверждения или опровержения знаний, полученных геофизическими методами.
Появились новые способы геологоразведки, используемые совместно с геологической съёмкой местности. В основном геофизические: их основанием являются методы изучения Земли и её строения, базирующиеся на знаниях физики.
Магниторазведка – метод исследования, базирующийся на изменении в пространстве геомагнитного поля, вызванного различной намагниченностью горных пород. Появился в конце 19 века и использовался, в основном, для поиска руд железа (например, магнетит). Основное развитие получил в начале 20 века.
Этот метод представляет собой изучение особенностей магнитного поля (Курская магнитная аномалия, Урал), и интерпретацию полученных данных. Низкая производительность наземной магнитной съёмки (особенно на труднодоступной местности) ограничивала её применение до появления технической возможности осуществления измерений с воздуха (А.А. Логачёв, А.Т. Майборода по маршруту Новгород-Валдай, 1936 г.).
Позднее метод перекочевал на море, и способ получил название гидромагнитной съёмки (поиск месторождений на океаническом шельфе, изучение тектоники океанического дна). С развитием техники измерения магнитного поля стали проводиться в скважинах. Сейчас способы наземной и скважинной магниторазведки используются для составления детальных геологических карт и поиска полезных ископаемых. Также современные изобретения позволяют использовать этот метод в археологии, позволяя воссоздать планировку зданий или поселений и узнать время их постройки.
Электроразведка – метод геологоразведки, представляющий собой более 50 способов и их модификаций, очень часто использующийся в комплексе с магнитной съёмкой. Его основой является изучение одной или нескольких характеристик естественного или искусственно созданного электромагнитного поля, чтобы получить информацию о характеристиках горных пород (например, электрическое сопротивление).
Есть несколько принципов классификации методов электроразведки. Основной - по типам исследуемого электромагнитного поля: постоянного тока, поверхностно и объёмно поляризованных тел, ионосферного и грозового происхождения, высокочастотные поля, нестационарные электромагнитные поля, низкочастотные гармонические поля. По технологии применения: наземная, морская, аэроэлектроразведка, подземная (скважинная, шахтно-рудничная). Как нетрудно догадаться, все эти методы электроразведки были бы невозможны, если бы не большое количество различных изобретений.
Гравиразведка – метод, возникший из гравиметрии, первоначально являвшейся отраслью геодезии. Эта наука зародилась ещё в 17 веке, и первые измерения, а также данные астрономии и геодезии, позволили установить, что Земля представляет собой не шар, а эллипсоид вращения (сфероид). В 18 веке было сформулировано понятие гравитационной аномалии, которое только в 19 веке было истолковано как величина, характеризующая взаимное расположение геоида (более точная форма Земли) и сфероида. На фоне этого было положено начало геодезической гравиметрии.
В начале 20 века проводятся первые полевые измерения с использованием гравитационного вариометра и маятников с попыткой геологического истолкования результатов измерения. В современности для осуществления данного исследования используются гравиметры, построенные по различному принципу: баллистические, маятниковые, сверхпроводящие, а также относительные (струнные и статические).
Принцип работы всех сводится к одной цели – измерение силы тяжести в данной точке. Измерения проводятся как непосредственно в поле, так на море с использованием авиации. Помимо разведки, они используются и с другими целями. Например, присутствуют в комплексах навигации подводных лодок. Помимо гравиметров, осуществляется разработка вспомогательных устройств: гиростабилизированные платформы для использования на море и в авиации, компьютеризированные лазерно-оптические системы регистрации, системы компенсации колебаний, и т. д.
Сейсморазведка – метод, представляющий собой изучение условий распространения и формирования сейсмических волн, как естественных, так и искусственных. Именно данный геофизический способ является основным при определении места расположения гипоцентра землетрясений, а также с его помощью сформировано представление о внутреннем строении Земли (конечно, не без участия остальных геофизических и геохимического метода). Если чуть детальнее, то в основе классификации сейсмических волн лежит тип деформации: продольные, поперечные, поверхностные (не представляют интереса, в силу особенностей своего распространения). Изучается скорость и время распространения волн, особенности их преломления. Так, например, поперечные, в отличие от продольных, не распространяются в жидкой и газообразной среде. Вторые в свою очередь теряют скорость распространения. Сбор данных осуществляется сейсмографами различного рода, работающих с различными целями. То есть одни работают постоянно (установлены на сейсмостанциях): цель изучение Земли, оценка рисков землетрясений. Другие используются для поиска полезных ископаемых или других прикладных целей. Следовательно, основное отличие масштабы и точность сбора данных о распространении волн (детальность съёмки). Во втором случае добавляется источник сейсмических волн. Они могут быть взрывные и невзрывные: импульсные, вибрационные, механические, газодинамические, электрические. Соответственно, новшества появляются в способах создания и приёма волн.
Отдельно стоит геохимический метод, основывающийся на изучении химического состава горных пород, а также особенностей концентрации и рассеяния химических элементов в процессе образования и разрушения месторождений. Геохимическая съёмка осуществляется в большом количестве точек, расположенных в площадном, реже - в профильном и объёмном варианте (подразумевает бурение). Она представляет собой различные способы изучения на местности и в лабораторных условиях, а также статистическую обработку полученных данных. В основном новшества появляются в технике, с помощью которой осуществляется анализ содержания химических элементов.
Применение различных комбинаций способов геологоразведки, а также соответствующих изобретений, зависит от целей разведки, полученных промежуточных данных, изначальных знаний о территории, её расположения и доступности. Здесь и начинает проявляться рационализация, то есть подбор наиболее эффективных методов и наименее затратных конкретных способов геологоразведки (например, способ создания искусственных сейсмоволн и расположение сейсмографов). Учитывая это и то, что нам до сих пор многое неизвестно о Земле, изобретения в данной сфере появляются и будут появляться.
Максим Соколов, сотрудник Музея геологии Центральной Сибири
