Геофизический детектив
Любая исследовательская работа подобна работе детектива.

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
3 августа 2021, Санкт-Петербург

В 1971 году, 50 лет назад со мной, инженером кафедры разработки пластовых месторождений (РПМ) ЛГИ приключились сразу два события, которые повлияли на всю мою дальнейшую жизнь, но при этом и придали всей моей жизни смысл. Первое - знакомство с книгой Куна Т.С. [1] И второе - я получил задание найти метод прогнозирования обрушения пород в угольных шахтах.

Реферат по теме «Методология развития научного познания» по материалам книги Куна Т.С. я должен был написать для сдачи экзамена по философии для предполагавшейся защиты диссертации на соискание степени кандидата технических наук. Первоначально я отнесся к этому реферату как к формальности, как и все относились к философии. Ведь философия в те годы для нас всех была исключительно марксистско-ленинской. Но ознакомившись с книгой Куна Т.С. «Структура научных революций», я понял, что знание этого предмета мне просто необходимо в дальнейшей моей жизни. И с тех пор я каждый свой шаг соизмеряю с содержимым этого предмета. На всю оставшуюся жизнь я принял для себя как Отче Наш следующие законы:

1. В основе любого исследовательского метода должен быть конкретный, реальный физический эффект, с которым можно ознакомиться в результате экспериментальных исследований;
2. Любая очевидность требует экспериментального доказательства, так как недоказанная очевидность - это путь в тупик;
3. Любая область знания имеет тенденцию к расширению своего пространства, поскольку ничто не может быть изучено до конца. Наукообразие же не имеет такой тенденции, и со временем оно уменьшается в объеме до полного исчезновения;
4. Аксиома - это не то, что не требует доказательства, а то, что никак не доказать, потому что утверждений, не требующих экспериментального доказательства, не существует. И, наконец,
5. Существует только то, что можно померить.

Я был тогда новоиспеченным радиоинженером и бывшим гидроакустиком с 6-летним опытом работы на кораблях Северного Флота. Вот этот багаж позволил мне в течение нескольких лет  решить поставленную передо мной задачу.

Эта задача заключалась в том, чтобы, как я уже говорил, создать методику прогнозирования обрушения пород кровли в угольных шахтах.

Кроме того, начиная с 1973 года я должен был читать курс сейсморазведки студентам 5-го курса ЛГИ, а также на факультете повышения квалификации ЛГИ шахтным геологам.

Моё существование на кафедре РПМ (разработки пластовых месторождений, то есть, угля) началось с участия в чествовании зав кафедрой. В тот день, когда я стал сотрудником этой самой большой кафедры ЛГИ, там отмечали юбилей заведующего кафедрой Борисова Алексея Алексеевича. Столы были накрыты в самой большой аудитории института. Произносили какие-то прямо восточные тосты... Ну, всё как полагается. Но мне показался интересным один тост, когда Борисова назвали создателем горной науки. Это как? Поинтересовался я у соседей по праздничному столу.

Этот мой вопрос услышали сразу несколько человек, и сразу стали рассказывать. Как оказалось, горное дело раньше воспринималось как искусство. Но Борисов  создал соответствующий математический аппарат, и горное искусство стало наукой. Я сразу проникся уважением к Алексею Алексеевичу. Далее, рассказчики стали мне втолковывать суть этой науки.

Ключевым моментом горного дела является умение выбирать крепь, которая поддерживает горные породы, не давая им падать на шахтеров. Так вот, Борисов создал методику расчета крепи, причем так здорово, что чисто математически выходил на ту крепь, которая лежала на складе шахты. Будучи неискушенным в дворцовых отношениях, я предположил, что это похоже на подгонку под ответ, чем вызвал у будущих моих сотрудников очень отрицательное к себе отношение.

Ну, в конце концов, знание математики тоже красит человека, и я предложил отдельный тост по этому поводу. Правда, сосед по столу всё испортил. Как оказалось, для того, чтобы написать математический текст (так и сказал - математический текст) совершенно не обязательно знать математику. Для этого существует кафедра прикладной математики.

Оказавшись уже, что называется, в стельку нетрезвым, он стал мне, как новому слушателю рассказывать, что так поступают все, и что «свежую» науку для диссертации использовать нельзя. Ученый Совет такого не пропустит.

Да, в интересную компанию я попал.

Я об этом вспомнил, когда спустя несколько лет узнал, что диссертация не должна содержать ничего нового. За те почти 50 лет, что я практически непрерывно решаю задачи, которые считаются нерешаемыми, я постоянно думаю над этим. Кому может быть выгодным, чтобы в диссертациях не было ничего нового? Ума не приложу. Я говорил на эту тему с самыми высокопоставленными учеными у нас в стране. Все они знают об этом, но о причинах молчат. Невольно вспоминается понятие вредительства из сталинских времен.

У меня была надежда, что это относится только к нашей несчастной стране. Но когда я узнал о том, что произошло при исполнении международного проекта «Кольская сверхглубокая», то мне стало понятно, что методы обмана в науке носят общепланетарный и интернациональный характер.

Первоначально, после того как Борисов провозгласил новую горную науку, произошел раздув этой как бы науки. Писались учебники и переводились на другие языки.

Но со временем всё стало угасать. За счет этого нового направления в горной науке кафедра РПМ стала самой большой в ЛГИ, но студенты заметили, что все преподаватели этой кафедры по различной тематике читают одно и то же. Это было очень удобно. Подготовив один предмет, студенты могли сдавать все остальные предметы по этой кафедре. У преподавателей были одинаковые тексты. Названия дисциплин они придумывали различные, а наполнение всех дисциплин было одинаковым. Это было признаком того, что в основе «новой» науки лежит наукообразие.

Порученное мне дело - прогноз обрушений пород кровли - требовало спуска в шахту. При первом же спуске в шахту и при первых измерениях зависимости затухания поля упругих колебаний в породах кровли от частоты выяснилось, что породные слои по акустическим свойствам представляют собой не отражающие акустическое поле и не проницаемые для акустического поля объекты, как утверждают все учебники по сейсморазведке, а колебательные системы.

Как заявил лорд Кельвин (за 100 лет до моего первого спуска в шахту), если при импульсном (ударном) воздействии на объект реакция имеет вид затухающей синусоиды, значит, этот объект является колебательной системой (или, иначе говоря, резонатором). И, как оказалось, при ударном воздействии на породный массив возникает отклик в виде одного или нескольких затухающих синусоидальных сигналов. И, следовательно, породная толща представляет собой совокупность колебательных систем.

Попытки представить сейсмосигналы результатом интерференции являются несостоятельными, так как синусоида не может возникнуть в результате интерференционных процессов (как утверждает математика).

Так сложилось в мировой практике, что то, что называют традиционной или лучевой сейсморазведкой, возникло не в результате физических экспериментов, а в результате экспериментов мысленных. За 100 с лишним лет практического существования лучевой сейсморазведки никто не удосужился экспериментально проверить ни одно ее положение.

При первом же спуске в шахту я понял, что локационный принцип (принцип эхо-сигналов) в сейсморазведке работать не может. Ну, в самом деле, если мы крикнем в лесу, то получим отклик такого же содержания. А вот в результате ударного воздействия на горные породы мы получим затухающий синусоидальный сигнал, который имеет значительно большую длительность, чем короткое ударное воздействие.

Согласно положениям методологии развития науки, поскольку физика - это совокупность физических эффектов, а сейсморазведка - часть физики, то для того, чтобы читать курс сейсморазведки, необходимо иметь лабораторные работы. Но я просто не мог себе представить, что для курса сейсморазведки не было никаких лабораторных работ во всём Мире.

Когда я пошел к зав. кафедрой геофизики, который был сейсморазведчиком №1, с просьбой поделиться хотя бы идеями построения лабораторных работ для моего курса, это вызвало страшный гнев с его стороны, и он обратился в ректорат, деканат и партком, чтобы мне запретили читать этот курс. Но чтобы поменять преподавателя посреди семестра, нужен был значительно более убедительный повод. Так что я читал этот курс 20 лет, и за это время был создан предмет, который вполне может называться сейсморазведкой. Правда, не лучевой,  а спектральной [2].

И только спустя много лет, когда я узнал, что примерно тогда, когда я обратился с просьбой о том, чтобы ознакомиться с лабораторными работами по сейсморазведке, оказалось, что произошла подмена результатов сейсморазведочных данных при сравнении их с результатами бурения Кольской сверхглубокой. И это не могло произойти без участия нашего зав. кафедрой геофизики. И сразу стала понятна его реакция на мою просьбу о лабораторной установке по сейсморазведке.

При обсуждении на нашей кафедре путей решения проблемы прогнозирования обрушения пород кровли было решено, что задачу следует решать средствами акустики и начать следует с определения затухания звука в горных породах. Предполагалось, что чем больше трещиноватость пород, тем больше затухание звука в них и тем больше вероятность их обрушения. Следовательно, решать проблему прогноза обрушения пород следует путем определения затухания звука в породах кровли.

Но при этом возник вопрос, на каких частотах следует делать измерения затухания звука в породах.

Для ответа на этот вопрос была сделана шахтная аппаратура для получения зависимости затухания звука от частоты зондирующего сигнала. Предполагалось, что затухание будет увеличиваться с частотой, как это утверждается в литературе. Но зависимость затухания от частоты оказалась такой, как это показано на рис.1.

Рис. 1

Согласно разделу математики «спектрально-временные преобразования» подобная частотная зависимость является спектральным изображением затухающей синусоиды. А возникновение синусоидального сигнала при ударном воздействии свойственно колебательным системам. Или, иначе говоря, резонаторам.

Акустические свойства резонаторов таковы, что при ударном на них воздействии возникает сигнал, который на оси времени имеет вид затухающей синусоиды типа изображенной на Рис. 2.

Рис. 2

Изображения, приведенные на рис.1 и рис.2, являются как бы синонимами. Это изображения одного и того же сигнала. Такой сигнал возникает при ударном воздействии на единичную колебательную систему. На рис.1 приведено изображение этого сигнала, полученное с помощью спектроанализатора. На рис.2 приведено изображение того же сигнала, полученное с помощью осциллографической аппаратуры, которая обычно используется в традиционной сейсморазведке.

И, как выяснилось, этот сигнал распространяется вдоль породных слоев, так называемых слоев-резонаторов, не выходя за их пределы.

Еще одно акустическое свойство породного слоя-резонатора заключается в том, что слой-резонатор является полосовым фильтром.

Свойства полосового фильтра проявляются у плоскопараллельных структур на частоте, равной f₀ .

Собственная частота плоскопараллельного породного слоя-резонатора f₀ определяется следующим соотношением:

h=V/2f₀ , где     (1)

При первом измерении оказалось, что h - толщина (по терминологии геологов - мощность) породного слоя-резонатора (м). В этом месте она была равна 2,5м,

V - скорость распространения поля упругих колебаний, распространяющегося вдоль породного слоя-резонатора. V=5000м/с.

Таким образом, пришлось с принципа традиционной сейсморазведки, когда размеры геологических объектов рассматриваются как функция времени прихода эхо-сигналов, перейти на принцип спектральной сейсморазведки, когда толщину породного слоя h приходится определять с помощью спектральных (частотных) измерений.

На рис. 3 приведена логическая схема проведения сейсмоизмерений.

Рис. 3

При этом возможно определить мощности только тех слоев, верхняя граница которых является дневной поверхностью. Это слои h₁, h₁₂ и h_123. Слои, которых не касается точка контакта сейсмоприемника с грунтом, обследованию не подлежат, поскольку поле упругих колебаний, оказавшись в резонаторе, за его пределы не выходит.

При первом применении этого метода с помощью цифрового спектроанализатора было обнаружено, что время от времени верхние границы породных слоев терпят разрыв. Пример - на рис.4.

Рис. 4

Чаще всего на участках разрывов возникают как бы воронкообразные объекты или конусы. Исследования с помощью радоновой съемки показали, что в атмосфере над воронкообразными объектами имеет место аномально высокий уровень радона. По мнению геофизиков, это означает, что эти объекты имеют прямой контакт с околоядерным пространством Земли, поскольку именно там происходит синтез радона.

Это значит, что между околоядерным пространством и воронкообразным объектом существует связь в виде трещины в коре Земли. Эти вертикальные трещины в коре Земли возникают вследствие постоянно возрастающего давления, что характерно при протекании радиоактивных реакций в околоядерном пространстве.

По совету геофизиков, области, в которых встречены воронкообразные объекты или конусы были названы зонами тектонических нарушений (ЗТН). Сейчас я бы с большим удовольствием назвал эти объекты зонами Ларина, потому что все свойства этих зон были предвидены им [3], но геологи и геофизики попросили оставить всё как есть.

Всё это было обнаружено в 1993 году, а все последующие годы были посвящены изучению ЗТН, и не проходило и года, чтобы мы не обнаруживали еще какие-то, неизвестные ранее их свойства. Процесс узнавания новых свойств ЗТН происходит до сих пор.

Вот несколько свойств ЗТН, которые показывают высокую значимость этих зон.

1. Трещины в коре Земли, соединяющие ЗТН с околоядерным пространством оказались строго вертикальными.
2. Аварии в шахтах находятся в тех местах, которые пронизаны этими трещинами.
3. Эти трещины находятся в состоянии постоянной пульсации, и это является механизмом разрушения горных пород и инженерных сооружений, находящихся в ЗТН.
4. Определяя с помощью спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) местонахождение ЗТН, мы с помощью шахтных маркшейдеров определяем эти зоны в подземных выработках и прогнозируем места аварий в шахтах. При этом глубина шахты не имеет значения.
5. Определяя на поверхности Земли ЗТН, можно заранее, еще до начала строительства любых инженерных сооружений прогнозировать центры будущих разрушений этих сооружений.
6. Определяя на поверхности Земли ЗТН, мы тем самым определяем точки выхода родниковой воды, а также газов (радон, метан, водород). Особую опасность представляет радон. Воздействие этого газа на организм вызывает онкологические и прочие тяжелые заболевания. От воздействия радона спасает только вентиляция поддомного пространства. Однако если фундамент - плита, то вентиляцию обеспечить невозможно, и количество заболеваний будет наибольшим. Это касается в первую очередь подвальных помещений и первых этажей.
7. Провалы дорожного покрытия, люков, порывы трубопроводов происходят в ЗТН.
8. Хроническое разрушение крылечек и ступеней происходит в ЗТН.
9. В ЗТН происходит постоянная пульсация грунта/горных пород. Эта пульсация (называется планетарной пульсацией) является разрушающим фактором. Амплитуда ее достигает 10см и даже больше. Если железобетонный элемент оказался в ЗТН, то он будет разрушаться. Никакой железобетон не выдержит воздействие планетарной пульсации. Если под сооружением с железобетонным основанием две и больше ЗТН, то разрушение сооружения будет таким, как от взрыва бомбы. Причина в том, что пульсация соседних ЗТН идет не в фазе, и эта пульсация как бы раздирает основание сооружения.
10. Наиболее сокрушительно ЗТН действует на вибрирующее инженерное сооружение - турбины, насосные станции и пр. Если частота планетарной пульсации совпадает с частотой вибрации механизмов, находящихся в инженерном сооружении, то разрушение усиливается резонансным явлением, и его называют техногенным землетрясением. Это часто происходит в шахтах при работе в ЗТН проходческого или добычного комбайна.
11. На Земле нет мест, где бы не было ЗТН. Но вот если поверхность проглажена катком, то после этого методом ССП обнаружить ЗТН невозможно. Но это не значит, что их там нет.
12. Наиболее важным для человечества является возможность получения в ЗТН чистой родниковой воды. Наша практика поиска точек водопритока показала, что безводных зон на Земле нет. Практически всюду можно получать воду с помощью колодца и/или скважины [4].
13. Если воду получать бурением, то следует помнить о том, что при этом вместе с водой выходит радон и горючие газы (водород и метан), и если около скважины появится искра (например, в результате курения), то последует взрыв.

Несколько лет назад в Екатеринбурге был заключен договор между институтом горного дела УРО РАН и городскими медиками. Горняки давали медикам информацию о домах, рядом с которыми были ЗТН, а медики своими средствами получали информацию о здоровье жителей в этих домах. В результате был составлен отчет об этой работе, который был немедленно засекречен. Но один момент из этого отчета стал мне известен. Вот он: «подавляющее большинство тяжелых заболеваний обусловлено наличием под домом ЗТН».

Я считаю, что никто не имеет право засекречивать подобную информацию.

А вот одно из следствий этой секретности. Сейчас происходит буквально бум строительства домов с фундаментами в виде железобетонных плит. Так называемые плавающие основания. Считается, что это наиболее надежный тип фундамента.

Но на самом деле, это самый ненадежный вид фундамента. И вот почему.

Если под домом оказывается ЗТН (а это имеет место практически всегда), то из-за планетарной пульсации происходит разрушение плиты. Это разрушение происходит сначала очень медленно и плавно. Сначала возникают микротрещины, и через плиту начинает проходить радон. Затем разрушение ускоряется, и выход радона ускоряется.

Одновременно увеличивается количество людей, имеющих заболевания, возникающих в результате проникновения в жилое пространство радона.

Противодействовать этому процессу можно только одним способом - вентиляцией поддомного пространства. А вот это при использовании плиты невозможно.

Но вся беда в том, что плита - это самый выгодный вид фундамента для строителей, и поэтому возникающие вокруг больших городов посёлки практически целиком строятся на плитах...

Замечание о сейсмоприемниках

Решение проблем создания аппаратуры ССП долго тормозилось необходимостью создать сейсмоприемник, который не обладал бы собственной колебательностью.

Это стало возможно, когда появился материал, известный как пьезопленка. Пьезопленка - это наощупь - полиэтилен. Этот материал не является резонатором. Если ее зажать между конусом из оргстекла и пластиной из оргстекла (полиметилметакрилата) и обеспечить экранировку с помощью фольги толщиной 0,1мм, то такое устройство будет выполнять функции сейсмоприемника, и при этом не будет вносить спектральных искажений.

Материалы, на основании которых была написана эта статья, более полно размещены в статьях моего сайта newgeophys.spb.ru

Информация о международном проекте «Кольская сверхглубокая»

В 1970-м году началась реализация международного проекта, известного как Кольская Сверхглубокая. Дело в том, что на Земле скопилось достаточное количество ученых, которые сомневались в результативности сейсморазведки. Заручившись экономической поддержкой, буровики и сейсморазведчики приступили к исследованиям. То есть, началось одновременное сейсмоизмерение и бурение. Участники этого проекта договорились сначала сделать сейсморазведку и спрятать результаты ее в сейф до окончания бурения. После этого начиналось бурение с отбором керна на максимально возможную глубину. И в дальнейшем, когда бурение достигнет своего предела, сравнить результаты исследований сейсморазведки с бурением.

Ответственными за сейсморазведочную часть были геофизики ЛГИ в лице Зав. кафедрой геофизики и специально созданная для этих исследований лаборатория Балтийского Щита. Однако советские ученые нарушили договор, и сделали сейсморазведку, когда бурение достигло 300м. При этом они (кто-то из них) проникли в кернохранилище и выяснили строение земной толщи до 300м. Бурение осуществлялось до 13км, после чего трос лопнул. И при сравнении результатов бурения и сейсморазведки оказалось, что между результатами бурения и сейсморазведки нет ничего общего.

При повторном и более детальном сравнении результатов бурения и сейсморазведки оказалось, что до 300м совпадение разрезов полное и абсолютное, а глубже всё просто несравнимо. Всем участникам стало понятно, что сейсморазведка без бурения результатов не дает никаких.

Три дня шло обсуждение: что делать с возникшей ситуацией?

Все участники этого проекта пришли к выводу, что выпускать эту информацию за пределы международной компании, собравшейся на Кольском полуострове, нельзя.

Но ведь если наши и зарубежные ученые договорились сохранять в секрете, что сейсморазведка не работает, значит, она не работает ни у нас, ни у них. Значит, сейсморазведка, по сути, не функционирует в принципе. В России финансирование на сейсморазведку составляют 94% от финансирования на всю геофизику. Судя по коллегиальному договору всех участников проекта «Кольская сверхглубокая», видимо, что-то похожее происходит на всей Земле. Значит, чтобы сохранить незаслуженно получаемые сверхприбыли всех сейсморазведчиков планеты, нужно засекретить это на всей Земле.

Ну, и какая же может быть реакция у сейсморазведчиков на то, что их многолетний обман открылся?! Естественно, что альтернативная сейсморазведка не может быть допущена для использования.

В общем-то, ничего страшного не произошло. История знает много случаев и заблуждений, и просто обманов в науке, но всё это в общечеловеческом масштабе недолговечно. И если когда-нибудь возникнет потребность решения задач, решаемых методом ССП и перечисленных выше, то ошибочное направление в науке (лучевая сейсморазведка) исчезнет само собой.

Основным значением настоящей статьи представляется то, что теперь можно поставить точку в процессе поисков геологического объекта, являющегося причиной всех внезапных разрушений на Земле и в подземном пространстве. Этот объект - ЗТН.

Литература

1. Кун Т.С. Структура научных революций.
2. Гликман А.Г. Беседы о воде 
3. Ларин В.Н. Наша Земля.
4. Гликман А.Г. Основы спектральной сейсморазведки.