Кафедра МФТИ

В 2021 году в Московском физико-техническом институте (Национальном исследовательском университете) была открыта базовая кафедра ИФЗ РАН "Прикладная геофизика и изучение минеральных ресурсов".

Заведующий кафедрой директор Института физики Земли, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор Тихоцкий Сергей Андреевич.

Кафедра была открыта для более активного привлечения студентов МФТИ и других ведущих технических вузов к тому, чтобы связать свою профессиональную деятельность с геофизикой. Несмотря на то, что на протяжении долгого времени многие ведущие сотрудники ИФЗ РАН были связаны с преподаванием в МФТИ и ведением дипломных работ студентов Физтеха, открытие кафедры позволит вывести сотрудничество на новый уровень.

С 2024 года на кафедре помимо программы магистратуры была открыта программа бакалавриата.

Геофизика, понимаемая как наука о физических процессах в недрах Земли и изучении строения недр посредством физических полей и явлений, сравнительно молода. Так, первый электромеханический сейсмограф – прибор для регистрации колебаний земной поверхности – был создан академиком Б.Б. Голицыным в 1906 г., немногим более столетия назад. Между тем уже начиная с первой половины XX в. геофизика играла важнейшую роль не только в познании фундаментальных закономерностей строения и эволюции нашей планеты, но и в решении прикладных задач развития экономики, включая поставку минерально-сырьевых ресурсов, а также в обеспечении обороны и безопасности страны. Причём роль геофизики зачастую оказывалась критически важной именно в переломные моменты, когда под влиянием внешних и внутренних факторов происходила перестройка промышленности и экономики в целом.

Современный этап развития требует в кратчайшие сроки перестроить экономику на выпуск высокотехнологичной продукции. При этом достижение технологического суверенитета означает не только развитие собственных компетенций по всему промышленному спектру, но и обеспечение производства всеми необходимыми минерально-сырьевыми ресурсами. Геолого-минералогические исследования позволяют утверждать, что на территории Российской Федерации присутствуют богатые месторождения всех основных полезных ископаемых, имеющих определяющее значение для развития экономики страны. Однако их поиск и разведка осложнены труднодоступностью территорий и тем, что рудные объекты перекрыты осадочными отложениями. В этих условиях единственным способом определения районов, перспективных на обнаружение богатых руд, остаётся применение разномасштабных геофизических исследований, включая дистанционные: от космической съёмки до съёмок с БПЛА, с детализацией при помощи наземных работ в пределах выделенных участков.

Несмотря на повышенное внимание к месторождениям твёрдых полезных ископаемых и активно обсуждаемые перспективы "зелёной" энергетики, сложился консенсус относительно того, что углеводороды продолжат сохранять важнейшее значение на протяжении десятилетий. По различным оценкам разведанных в России традиционных запасов нефти при текущем уровне потребления хватит до 2035−2050 гг.

В этих условиях возможны два направления развития нефтедобывающей отрасли: вовлечение в разработку так называемых нетрадиционных ресурсов (плотных коллекторов со сверхнизкой проницаемостью, высоковязких и битуминозных нефтей, отложений баженовской, доманиковой, куонамской свит и др.) и повышение эффективности разработки разведанных месторождений с целью максимального повышения коэффициента извлечения нефти. Решение и той и другой задачи невозможно без развития геофизических методов исследований. В случае с разведкой нетрадиционных ресурсов геофизики должны прежде всего указать участки, где бурение и применение методов интенсификации притока наиболее эффективно (так называемые "сладкие места" − sweet spots). А для повышения эффективности добычи на уже разрабатываемых месторождениях как традиционного, так и нетрадиционного типа необходим геофизический мониторинг процессов в пластах и покрышках. Это позволит не только повысить извлекаемость сырья за счёт оптимизации разработки, но и снизить риски природно-техногенных аварий при бурении и экологического ущерба.

Сложность и стоимость современных технологий нефтедобычи, равно как и сложность геологических условий большинства новых месторождений, таковы, что их разработка вслепую, без постоянного контроля геофизическими методами, практически невозможна. Здесь важно отметить, что все перечисленные выше задачи геофизики требуют не просто расширения полевых исследований, но создания качественно новых геофизических приборов и технологий как геофизического эксперимента, так и обработки и интерпретации данных, основанных на глубоком понимании физики пласта и микронеоднородных горных пород, а также современных методах математического моделирования и машинного обучения.

Задача кафедры прикладной геофизики состоит в подготовке специалистов, способных создавать и применять новые технические, алгоритмические и программные решения для поиска, разведки и разработки полезных ископаемых, инженерно-геофизических исследований при строительстве и решении экологических задач, решения иных задач геофизики. Особое внимание уделяется применению новых для геофизики физических принципов, методов искусственного интеллекта и высокопроизводительным вычислениям при анализе данных. Все задачи, решаемые студентами в рамках НИР и подготовки научно-квалификационных работ основаны на наиболее актуальных практических запросах, поступающих от предприятий отрасли: нефтегазодобывающих и горных компаний, строительных организаций.

Модель образовательного процесса состоит в том, чтобы наряду с фундаментальной подготовкой в области физики и математики дать студентам необходимые знания из геологии и геофизики, необходимые для понимания специфики геофизических процессов, полей и явлений. Важной особенностью геофизики является сложность изучаемых многокомпонентных сред - горных пород и массивов.

Студенты, поступившие на кафедру, получают возможность, в частности, освоить методы решения обратных задач геофизики, ознакомиться с самыми современными подходами к численному моделированию физических полей и процессов в геологических средах, получить представление о таких разделах наук, как прикладная геология, геодинамика, и геомеханика. В преподавании принимают участие известные ученые-геофизики из научных и производственных организаций России.

Магистерские диссертационные работы студентов связаны в том числе с изучением свойств горных пород и протекающих в них физических процессов. Среди возможных тем дипломов теоретические исследования, например, в области численного моделирования процессов в геосредах и разработки методов инверсии геофизических данных, а также экспериментальные, основанные на проведении экспериментов в лабораторных условиях или подразумевающие развитие космической, полевой и морской геофизической аппаратуры. Экспериментальные исследования проводятся, в частности, с использованием уникального оборудования по изучению горных пород в условиях пластовых температур и давлений. Магистрантам, специализирующимся в области морской геофизики, предоставлена возможность получить практические навыки в научно-исследовательских рейсах, выполняемых научными и индустриальными партнерами кафедры. Все желающие имеют возможность проходить стажировки в условиях полевых экспедиций, либо – в лабораториях или в вычислительных центрах.

Работа кафедры нацелена на то, чтобы дать выпускникам широкий спектр возможностей дальнейшего профессионального роста. С момента выбора темы квалификационной работы каждый студент закрепляется за конкретной базовой лабораторией либо в МФТИ (Научно-технический центр геофизики и изучения минеральных ресурсов, корпус Физтех-Арктика), либо в ИФЗ РАН (г. Москва, м. Баррикадная) и других исследовательских институтах, либо в научно-техническом центре компании отрасли. В руководстве квалификационными работами практической направленности участвуют преподаватели кафедры и представители индустриальных партнеров — ведущие специалисты отрасли по конкретному направлению.

Дальнейшая карьера выпускника должна стать естественным продолжением исследований, выполняемых в ходе подготовки работы. Уже в процессе обучения те студенты, которые проявят желание и способности к научной и практической работе, могут быть трудоустроены по профилю своих исследований и сочетать подготовку бакалаврской или магистерской диссертации с работой по специальности. Выпускники кафедры смогут поступить в аспирантуру МФТИ или Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН  с возможностью защиты диссертации в совете института или получить опыт работы в исследовательских центрах или сервисных компаниях нефтегазовой или горнодобывающей отрасли.