Можно ли научиться управлять земной стихией?

Для Алтае-Саянского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» минувший год стал знаковым: заместителю директора кандидату геолого-минералогических наук Алексею Еманову присуждена премия Правительства РФ в области науки и техники, а также присвоено почетное звание лауреата премии Правительства РФ в области науки и техники.

Статусная награда

«Мы расцениваем эту награду как высокое признание заслуг коллектива ученых Федерального исследовательского центра «ЕГС РАН» в развитии отечественной сейсмологии. Она придает также особый статус нашей организации, поднимает ее авторитет в научной среде, в глазах крупных горнодобывающих предприятий, с которыми мы сотрудничаем в сфере расширения сети станций, обеспечивающих детальное наблюдение за сейсмическими процессами, происходящими вокруг них», — заявил руководитель учреждения, лауреат Межрегионального конкурса «Директор года Сибири. Предприятие года Сибири», кандидат геолого-минералогических наук, доктор технических наук Александр Фёдорович Еманов.

Универсальная технология

Высокую правительственную награду Алексей Еманов получил за участие в составе авторского коллектива в разработке и внедрении универсальной технологии, с помощью которой можно проводить оценку и контроль механической безопасности строительных объектов при градостроительном развитии территорий с особыми природными и техногенными условиями.

Как известно, стратегией пространственного развития Российской Федерации на период до 2025 года предусмотрено повышение качества и комфортности застроенных территорий городской среды. Более 45 процентов таких территорий сегодня имеют особые природные и техногенные условия. «Застройка таких территорий сопряжена с большими сложностями, поскольку они имеют неоднородное техническое состояние объектов, представляющих совокупность не только современных строений, но и домов массовых типовых серий, возведенных в 60—80-е годы прошлого века, — пояснил Алексей. — Сегодня их общая площадь составляет более 400 миллионов квадратных метров! За время эксплуатации параметры этих строений изменились, в частности их проектная сейсмостойкость снизилась на 2—3 балла».

За основу проекта авторский коллектив взял один из базовых принципов устойчивого и безопасного развития этих территорий — предупреждение последствий повторяющихся природных и техногенных воздействий на строительные объекты и сохранение их механической безопасности при эксплуатации.

«Для решения поставленных задач мы разработали универсальную технологию, позволяющую проводить оценку и контроль механической безопасности массовых и уникальных зданий и сооружений на протяжении их жизненного цикла. Эта технология позволила создать научные основы цифровой системы управления техническим состоянием строительных объектов», — уточнил ученый, добавив, что новая технология в 5—6 раз сокращает время и затраты на обследование, на 50 процентов повышает точность оценки технического состояния застройки и предотвращает стихийный переход строительных объектов в аварийное или ограниченно работоспособное состояние.

По словам Алексея, новая технология уже успешно прошла проверку и сегодня широко внедряется в различных регионах Российской Федерации, например в Республике Дагестан, Кемеровской области, Камчатском крае, Республике Крым и других.

Плодотворный 2022 год

Минувший год для коллектива ФИЦ «ЕГС РАН» был по-настоящему напряженным. В связи со строительством в Новосибирске «Сибирского кольцевого источника фотонов» было проведено множество исследований, экспериментов, направленных на изучение разных источников воздействия на площадку — землетрясений, промышленных взрывов, железнодорожного и автомобильного транспорта, монохроматических сигналов промышленных предприятий, колебаний верхних слоев почвы и других источников. Уже в самом начале экспериментов несколько датчиков, установленных неподалеку от строительной площадки, зафиксировали тысячи различных подземных колебаний. В поле исследований попали даже волны от взрывов на кузбасских шахтах и угольных разрезах. «Данные, полученные в ходе экспериментов и исследований, будут использованы при проектировании объектов социальной и инженерной инфраструктуры Центра коллективного пользования «СКИФ», а также при установке высокоточного оборудования», — рассказал руководитель организации Александр Фёдорович Еманов.

В 2022 году специалисты филиала продолжили проведение мониторинга земной коры с помощью мощного виброисточника — установки «искусственного землетрясения», которая может генерировать растянутый во времени свип-сигнал. Такой сигнал, регистрируемый на окружающих сейсмических станциях, с помощью математических методов обработки пересчитывается в запись, идентичную записи землетрясения.

Александр Еманов рассказал, что задача ученых — изучить, как быстро передаются колебания, от чего зависит их скорость, как при этом ведут себя горные породы. По его мнению, это залог успешного прогнозирования землетрясений.

По стопам отца

Отец Алексея — Александр Фёдорович Еманов — известный в среде отечественных сейсмологов ученый. Практически всю свою трудовую жизнь он посвятил разгадкам тайн землетрясений.
В 1997 году возглавил Алтае-Саянский филиал ФИЦ «Единая геофизическая служба РАН».

Алексей окончил математический факультет Иркутского госуниверситета. Будучи студентом, хорошо освоил IT-технологии в сфере сейсмологии. Эти знания ему пригодились в «ЕГС», где как раз создавался центр регистрации, сбора, хранения, обработки сейсмических и геофизических данных, получаемых с объектов сейсмического мониторинга, а также систем их передачи на территории Алтае-Саянского региона.
Алексей рассказал, что в начале его карьеры большой участок работы был связан с Чуйско-Курайской зоной Горного Алтая, где в начале 2000-х годов были установлены 12 стационарных сейсмостанций в дополнение к трем имевшимся. Они позволили приоткрыть некоторые тайны слабых землетрясений, которые там происходили постоянно. При этом не было ни одного крупного.

«Но проблема с крупными решилась сама собой, — говорит он. — 27 сентября 2003 года здесь произошло известное Чуйское землетрясение магнитудой 7.3. После него произошло очень много последующих толчков (десятки тысяч). Буквально через несколько дней мы выехали в эпицентр землетрясения и выставили дополнительно временные станции прямо в очаговую область. С тех пор ведем наблюдения происходящих здесь процессов, отголоски которого наблюдаются до сих пор и по-прежнему вызывают у нас большой интерес. Для разгадки этих тайн в последние годы на Алтае мы уплотнили сеть станций, построили стационарное приборное помещение».

Алексей добавил, что сегодня в сейсмическую сеть Алтае-Саянского филиала ФИЦ «ЕГС РАН» входят 57 цифровых сейсмических станций, обеспечивающих постоянный и непрерывный сейсмический мониторинг в Алтае-Саянском регионе.

Биение пульса земли

Мы беседуем с Алексеем Емановым в его рабочем кабинете, на одной из стен которого закреплен огромный монитор. По всему экрану, едва уловимо для глаза, движутся, будто биение пульса Земли, сейсмограммы. По ним, как пояснил Алексей, можно определить состояние сейсмической ситуации в разных точках региона в реальном времени.

И вдруг, прервав разговор, он показал рукой на верхний угол монитора, где появились размашистые черные штрихи на сейсмограммах.

«Это значит, что именно в эту минуту произошло довольно ощутимое землетрясение, которое зафиксировала группа наших станций наблюдения, — прокомментировал Алексей. — Самая ближайшая до нас расположена в Тоджинской котловине Республики Тыва, а само событие, возможно, случилось на территории Восточных Саян. Его магнитуда по оперативной информации составила 3.9».

Как пояснил Алексей, в нашем регионе, например, в среднем за сутки происходит до 40 подземных толчков различной интенсивности. Датчики, которые их фиксируют, очень чувствительные.

Кузбасский феномен

Если мелкие и средние по интенсивности землетрясения происходят постоянно, то крупные — редко, но оставляют после себя большие разрушения. Александр Фёдорович Еманов напомнил об известном землетрясении магнитудой 6.1 в эпицентре, которое произошло в Кемеровской области 18 июня 2013 года. По его утверждению, подземные толчки такой мощности были зафиксированы на территории региона впервые за 100 лет наблюдений. Оно получило название Бачатское — по месту происхождения. «Этому событию предшествовала активизация с двумя небольшими толчками, предвестниками большого землетрясения, произошедших 9 февраля 2012 года и 5 марта 2013 года с магнитудой около 4 с эпицентрами в районе Бачатского угольного разреза», — рассказал он. Его отголоски магнитудой 2—3 докатились до Новосибирска, Томска и Алтайского края, изрядно напугав жителей.

Ученые пришли к выводу, что кузбасское землетрясение было вызвано человеческой деятельностью, то есть является техногенным.

Это чрезвычайное событие заставило руководство угледобывающих предприятий, а также власти Кузбасса по-новому взглянуть на проблему создания в регионе, и особенно вокруг Бачатского угольного месторождения, сети станций постоянного мониторинга сейсмической ситуации.

«Вот такое взаимоусиливающее объединение между правительством, наукой, которую представляет наша организация, и угледобывающими предприятиями, позволило создать разветвленную сеть сейсмостанций и вести наблюдения, получать информацию о том, где, в каком регионе начинается активизация, — продолжил рассказ Александр Фёдорович. — До создания сети станций трудно было зафиксировать зарождение слабых землетрясений, скажем, магнитудой два или меньше. Сегодня мы можем гарантированно фиксировать такие проявления по всему Кузбассу. Это дает видение того, где могут возникнуть активные зоны. А они, эти зоны, возникают то в одном, то в другом месте. С помощью станций можно отслеживать эти события и прогнозировать возможные последствия.

Александр Фёдорович считает, что сегодня Кузбасс является своеобразным техногенным полигоном. Поэтому в летний период на наиболее опасных объектах удваивается количество временных станций. Они позволяют оперативно выявлять те геофизические явления, которые до сих пор оставались незафиксированными. «Такие станции нужны для того, чтобы детально прощупать возникновение тех процессов, которые до сих пор не фиксировались», — заявил он.

Василий Матвеюк