Акустика и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

О прогнозировании аварий

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
10 сентября 2021, Санкт-Петербург

В 1973 году меня, недавно закончившего заочно курс общей радиотехники в ЛВИМУ им. Макарова после 6-летней работы настройщика и ремонтника гидроакустической аппаратуры на кораблях Северного флота, определили на работу на кафедру пластовых месторождений (РПМ) ЛГИ. До этого я работал в ЛГИ, на кафедре радиоэлектроники, но ее расформировали, и я оказался на угольной кафедре.

Рассказывая это, я преследую цель показать, что от меня в течение предыдущей жизни ничего не зависело.

Так же чисто случайно произошло мое знакомство с направлением философии, представленным книгой Куна [1] - методология научного познания.

Когда на кафедре РПМ принимали решение, чем я буду там заниматься, то пришли к выводу, что оптимальным будет поручить мне разработку метода прогнозирования обрушения пород кровли в шахтах.

Это очень страшная и актуальная тема. Дня не проходит, чтобы где-нибудь на Земле (под землей, в шахте) не задавило шахтера. С самого начала было понятно, что если у меня что-нибудь с этим получится, то это произойдет с помощью сейсморазведки.

Кроме того, в тот период времени срочно понадобился преподаватель на курс шахтной геофизики. А фактически, на курс сейсморазведки, поскольку из множества геофизических методов в шахтах использовалась тогда только сейсморазведка.

Вот все эти составляющие моей тогдашней жизни в сумме дали результат, к которому я пришел за эти почти 50 лет. Но главным по своему значению здесь оказалась книга Куна. Она оказалась поводырем в той круговерти, в которую я попал тогда и фактически нахожусь до сих пор.

После стольких лет общения с методологией развития научного познания, то есть, с трудами Куна, я выделил 5 принципов, на которые должна опираться любая разработка. Я уже многократно предъявлял моим читателям эти принципы. Но они кажутся мне настолько важными, и особенно, для молодых и неопытных, что я еще раз их перечислю.

  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 своего 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.

Применительно к подготовке чтения курса, из этих принципов следует выделять один. Основу курса в любой области физики должны составлять лабораторные работы. Но здесь меня подстерегала серьезная сложность. Дело в том, что, как оказалось, самый мощный и надежный геофизический метод (а именно такую репутацию имела тогда сейсморазведка) не имел ни одной лабораторной работы ни в одном ВУЗе Мира. Понятно, что работая в таком институте как ЛГИ, я имел возможность проконсультироваться по этому вопросу. Что я и сделал, обратившись на кафедру Геофизики.

Реакция оказалась самой неожиданной. Кафедра Геофизики в лице своего заведующего пришла к выводу, что только абсолютно неграмотный и неумный человек может требовать лабораторной проверки сейсморазведки - метода, с помощью которого находят нефть. И кафедра геофизики стала требовать моего отстранения от чтения этого курса в самых высоких инстанциях ЛГИ. Слава Богу, у них не получилось отстранить меня от преподавания, и я читал этот курс 20 лет.

Таким образом, мне пришлось самому создавать лабораторные установки для проверки принципов сейсморазведки. Но, надо сказать, что принципы Куна оказались на высоте, и использованные мною лабораторные установки показали ошибочность общеизвестных принципов сейсморазведки. Так, когда я готовился к чтению лекций, я в трудах крупнейших ученых нашел утверждение того, что в образцах из однородных и монолитных материалов скорость распространения поля упругих колебаний одинакова во всех направлениях.

С этим я не собирался спорить. Мне это тоже казалось очевидным. Мне нужно было, чтобы это свойство подтверждалось при лабораторном исследовании, чтобы убедить в этом студентов. Нетрудно представить себе моё состояние, когда оказалось, что это не так.

Это достаточно подробно изложено в работе [2].

Очень удачно сложилось, что одновременно с поисками метода прогнозирования обрушения пород в шахтах я готовил материал для чтения лекций по сейсморазведке.

В мою задачу входило не опровержение общепринятых принципов сейсморазведки, а поиск метода, с помощью которого можно было бы решить задачу прогнозирования обрушения пород кровли в шахтах. А если при этом эти принципы опровергались, ну что ж, значит, еще раз подтверждалась правота Куна. И это для моего лекционного курса было очень важным.

Наконец, подошел момент, когда я должен был осуществить шахтные измерения. Представлялось очевидным, что чем более трещиноваты породы кровли, тем больше вероятность их обрушения. Далее, представлялось очевидным, что чем более трещиноваты породы кровли, тем большим будет затухание поля упругих колебаний. И следовательно, измеряя затухание поля упругих колебаний, можно будет определять вероятность обрушение пород кровли.

Как известно из учебников по сейсморазведке, при исследовании этим методом воздействие на исследуемый массив осуществляется либо ударом, либо взрывом. И о частотной характеристике зондирующего импульса ничего не говорится.

И когда возник вопрос о частоте зондирующего поля упругих колебаний при определении критерия устойчивости пород кровли возникла проблема создания пригодной для этого аппаратуры. Эта аппаратура представляла собой генератор электрического поля звуковых частот, которые (частоты) можно было бы изменять при измерениях, электроакустический преобразователь,  а также измеритель амплитуды сигнала при излучении в породы зондирующего поля.

На рис.1 приведен фактический результат зависимости затухания звука от частоты зондирующего сигнала.

На рис.1 приведен фактический результат зависимости затухания звука от частоты зондирующего сигнала.
Рис. 1

 В литературе уже много лет утверждают, что с увеличением частоты зондирующего сигнала увеличивается затухание звука, распространяющегося в породном слое настолько, что выше одного килогерца сигнал в породах вообще не проходит.  Однако на рис.1 мы этого не видим. Здесь затухание от частоты не зависит. И только на частоте f0 имеет место подъем амплитуды проходящего по породному слою звука. Что это значит? Дело в том, что подобную форму графика зависимости амплитуды от частоты можно увидеть при исследовании электрических контуров. B соответствие с терминологией лорда Кельвина, если некое устройство имеет амплитудно-частотную характеристику, геометрически подобную тому, что показано на рис.1, то это устройство является колебательным устройством. И, как оказалось, это справедливо и для акустики.

Дело в том, что частотная характеристика, показанная на рис.1, есть не что иное, как спектральное изображение затухающей синусоиды. Временное изображение такого сигнала приведено на рис.2.

Временное изображение такого сигнала приведено на рис.2
Рис. 2

Графики, показанные на рис.1 и рис.2, являются синонимами, и являются изображением затухающей синусоиды в спектральном (рис.1) и временном (рис.2) виде. На рис. 1 изображение содержит две оси абсцисс, направленные в разные стороны. Одна из них - частота f, а другая - мощность h (толщина) породного слоя. Связь между ними следующая:

h=V/f    (1)

По определению Кельвина, которое сейчас общеизвестно, если объект на ударное воздействие реагирует затухающей синусоидой, значит, этот объект является колебательной системой. Примеры колебательных систем - струна, стеклянная посуда, металлические изделия и, вот, как оказалось, горные породы являются колебательными системами. Или, иначе говоря, резонаторами.

Вот это была бомба! Предполагалось, что ударное воздействие на горный массив может иметь такой же вид (вернее - звук), как удар по мячу, как удар при колке дров, но ни в коем случае это не может быть звоном. Но результат измерения показал именно то, что изображено на рис. 1и 2. И количество синусоид, возникающих при ударном воздействии равно количеству размеров объекта. Слоистый породный массив имеет такое количество частот в составе реакции на удар, сколько в нем слоев.

А если породный слой имеет один размер - мощность h, то, ударив по породному слою, залегающему в кровле подземной выработки, мы, имея акустоэлектрический преобразователь (сейсмоприемник) и измеритель частоты, без труда определим мощность залегающего над нашей головой породного слоя.

А если точно и подробно, то в результате измерений определим частоту (или частоты возникающих колебаний), и в соответствии с выражением (1) пересчитаем частоты в мощности породных слоев, залегающих в кровле.

Этот результат, полученный при исследовании подземных выработок,  был очень важным. Ведь до этого не было способа, позволяющего без бурения определять строение породного массива. И это было серьезным шагом при разработке метода прогнозирования устойчивости пород кровли.

Вот тогда зародилась идея сделать прибор, который определял бы частотный спектр сигнала, возникающего в результате удара легким ударным инструментом по поверхности кровли. Он получил название «Резонанс», и много лет позволял определять строение кровли. А именно, толщины залегающих в кровле породных слоев. Как оказалось в результате использования аппаратуры «Резонанс», кровля, сложенная мощным слоем песчаника, имеет большую несущую способность, чем кровля, сложенная множеством тонких породных слоев. До окончательной победы над внезапным обрушением пород оставалось еще много лет, но мы уже осуществляли прогноз устойчивости кровли на разных шахтах. И уже были случаи, когда наш прогноз помогал избежать несчастные случаи, обусловленные внезапным обрушением пород. И мы начали выпускать серию аппаратуры «Резонанс».

В результате применения этой аппаратуры, стало понятно, что по акустическим характеристикам земная толща является не совокупностью отражающих границ (как указано во всех учебниках по сейсморазведке), а совокупностью колебательных систем. Этот вывод означал ошибочность принципа традиционной (лучевой) сейсморазведки.

Прижимая к возбуждаемому ударом слою-резонатору сейсмоприемник, мы видели реакцию в виде показанного на рис. 1 и 2. Но тут возникает вопрос, как эта реакция распространяется в пространстве за пределами этого слоя-резонатора. Часть исходного поля регистрируется как отраженное, а часть - как прошедшее насквозь.

А вот как обстоит дело на резонансе, было непонятно. При воздействии на слой-резонатор полем с частотой, равной собственной частоте этого объекта, мы не обнаруживаем это поле не в виде отраженного и не в виде прошедшего насквозь. На поиски отсутствующей части поля ушло лет 5. Оказалось невероятное. Исходное поле с частотой, равной собственной частоте прозвучиваемого слоя-резонатора, поворачивается на 90 градусов и переизлучается через торцы слоя-резонатора. Подобное явление в физике известно как резонансное поглощение.

Мы его назвали акустическим резонансным поглощением (АРП) [3].

Я был неопытным в дворцовых интригах человеком и рассказывал на различных конференциях то, что мы обнаружили, и приглашал коллег и в мою лабораторию, и в шахту, чтобы они могли во всем убедиться. Но никому такие результаты были не нужны, в конце концов, моя группа ученых была подведена под приказ о сокращении штатов, и, в 1993 году мы были вынуждены уволиться из ЛГИ. Мы потеряли возможность работать в шахтах. И это был сильнейший удар по нашей психике. За 16 лет работы в шахтах мы были убеждены, что все наши наработки могли применяться только в шахтах. Однако мы не просто выстояли, но и были по-царски вознаграждены. Мы сконструировали цифровой прибор, возможности которого весьма существенно превышали возможности аппаратуры «Резонанс». Мы назвали эту разработку спектрально-сейсморазведочной аппаратурой, а то, что мы с ее помощью делали - спектрально-сейсморазведочным профилированием (ССП).

И самое первое испытание аппаратуры ССП позволило нам обнаружить такое, ради чего стоит жить.

Сделав километровый профиль по Торфяной дороге (от Серафимовского кладбища до Богатырского проспекта, СПб) мы обнаружили вялую горизонтальную слоистость (как и должно быть в осадочном чехле), и 4 примерно одинаковых объекта, по форме похожие на воронки острием вниз. Расстояние между этими объектами было примерно одинаковым. Но главное заключалось в том, что те инженерные сооружения, которые оказались вблизи этих объектов, имели признаки разрушения.

Незадолго до этого мы узнали, что в начале XIX века геологи пришли к выводу, что должен существовать какой-то геологический фактор (или геологический объект), наличие которого вызывает разрушение находящегося рядом любого инженерного сооружения . Вот эти обнаруженные нами воронкообразные объекты и были теми объектами, которые геологи всего Мира безуспешно искали 200 лет. Они были названы зонами тектонических сооружений (ЗТН).

На рис. 3 показан пример  такого объекта.

Вот эти обнаруженные нами воронкообразные объекты и были теми объектами, которые геологи всего Мира безуспешно искали 200 лет
Рис. 3

Центр ЗТН находится на 62-м метре. При ССП профилировании часто выявляются самые различные объекты, как например, от 35-го до 55-го метра на рис.3, и мы не всегда понимаем, какому геологическому объекту они соответствуют.

ЗТН с тех пор непрерывно изучаются, и не проходит и года, чтобы мы не обнаружили еще каких-то ранее неизвестных свойств. Самое применяемое свойство ЗТН - это водоносность. ЗТН - это источники родниковой воды, которые за годы существования нашей планеты создали океаны и реки на бывшей в начале сухой и горячей Земле.

Поиск воды в ЗТН - это реализация идеи Ларина В.Н. [4], которая обессмертила его имя. Синтез воды в околоядерном пространстве Земли до сих пор не укладывается в головах гидрогеологов.

При поисках воды эта многоэтажность ЗТН имеет вполне конкретное значение. Снизу вверх, от одного острия к следующему уменьшается дебет скважины. Это соответствует тому, что вода идет снизу вверх, и  поток ее притормаживается по мере заполнения каждой воронки. И, таким образом, был развенчан миф о пластовом расположении месторождений воды и о так называемых водоносных горизонтах.

Но вернемся к самому первому случаю обнаружения ССП-профилей.

Первый объект, находящийся вблизи Серафимовского кладбища, был расположен поблизости так называемого долгостроя - объекта, у которого было построено всего два этажа, но кончились деньги, а сверху этот объект был покрыт железобетонной плитой. Так вот, эта плита имела такой вид, как будто на нее упала бомба.

Второй объект, находящийся около ЗТН - это было кирпичное 5-этажное здание, у которого прямо вблизи ЗТН были вертикальные трещины в кирпичной стене. Над третьим и четвертым конусами в ближайших к ним домах тоже были вертикальные трещины через кирпичную кладку, а также косые трещины проходили между углами оконных переплетов.  

Мы показывали эти результаты знакомым геологам и геофизикам, но они такого никогда не видели.

И только один геофизик, ничего не говоря нам, сделал радоновую съемку по точкам нашей съемки. И оказалось, что в тех точках, которые оказались в пределах ЗТН, был повышенный уровень радона относительно фона. И он сказал с уверенностью, что обнаруженные нами объекты - это выходы на поверхность трещин, которые берут свое начало в околоядерном пространстве, потому что радон синтезируется именно там. Первым делом мы начали обследования поверхностей Земли, которые находятся около домов с характерными (тектоническими) трещинами на стенах. Совпадение оказалось 100-процентным. И теперь нам было необходимо выяснить, откуда берется такая мощь, чтобы возникали трещины в стенах домов.

Его Величеству Случаю было угодно, чтобы мы познакомились с Сашуриным Анатолием Дмитриевичем, ученым-геодезистом, работающим в Екатеринбургском Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН). Он сказал, что в ЗТН имеет место планетарная пульсация, амплитуда которой достигает в отдельных случаях 10см. Вот эта пульсация и является механизмом разрушения любых инженерных сооружений. 

 И вот, начиная с 1993 года идет изучение свойств ЗТН, которых оказалось столько, что так или иначе, они затрагивают интересы всех жителей Земли.

Отыскивая зоны тектонического нарушения (ЗТН), мы добываем родниковую воду - и это условие нашей жизни.

Если эти зоны оказываются под нашим домом, то они вызывают его разрушение. А радон, который выходит из Земли в этих зонах, при отсутствии достаточной вентиляции поддомного пространства - вызывает возникновение тяжелейших заболеваний и, в итоге, смерть.

ЗТН под промышленными сооружениями (особенно теми, в которых имеет место вибрация) - это по своему проявлению ближе всего к землетрясениям.

Разрушение инженерных сооружений происходит из-за пульсации горных пород, окружающих ЗТН. И если частота вибрации окажется близкой (а тем более, равной частоте планетарной пульсации), то возникнет резонансное явление и усиление разрушения сооружения.

Кроме того, вместе с водой и радоном в ЗТН из Земли выходит водород и метан. Нам известны случаи, когда горючие газы из ЗТН собирают и используют для обогревания жилища и приготовления еды. Поэтому в ряде случаев наряду с точками получения родниковой воды целесообразно перед строительством дома выявлять ЗТН для дальнейшего сбора горючих газов.

Наиболее уязвимыми для разрушающего действия ЗТН являются дома, фундаментом которых являются железобетонные плиты. Так называемые, плавающие основания. Разрушение их происходит очень медленно. Сначала в точках плит, непосредственно покрывающих ЗТН, под воздействием планетарной пульсации развиваются микротрещины, через которые проходят газы, а затем эти трещины увеличиваются, и возникают визуально наблюдаемые трещины.

Та часть плиты-фундамента, под которой находится ЗТН, фактически не имеет опоры. А то, что имеется, пульсирует.

Количество ЗТН на Земле невероятно велико. Нет такого как угодно малого участка, где бы не было ЗТН. Там, где ЗТН разбросаны наиболее густо, формируются болота. И как бы ни осушали их, ЗТН остаются на своем месте и не теряют своих свойств, и дома, построенные на таких территориях, неизбежно разрушаются. Пример тому - дом во Флориде. Часто проявляются эти территории выступающей на стенах водой и отваливающимися керамическими пластинами, как, например, на станциях метрополитена Беговая и Дунай (СПБ).

На основании материалов, предоставленных здесь и на сайте [5], можно понять, что работы, основанные на методе спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) могли бы дать большие результаты во многих отраслях нашего бытия. Но тем господам, которые курируют науку в области геологии и геофизики, невыгодно существование спектральной сейсморазведки. И поэтому ССП для них как бы не существует. А если и существует, то как работы, недостаточно обоснованные [6]. В этой статье, написанной мной специально для «Свободной энциклопедии», «экспертами» из Википедии приписано:


«Спектральная сейсморазведка - непризнанная специалистами теория в области сейсморазведки, а также метод на её основе. Критикуется учеными и не имеет достоверных экспериментальных подтверждений.»


Это ложь. В основе спектральной сейсморазведки лежит такое количество новых физических эффектов, которое и не снилось этим «ученым».

Может быть, они пришлют описание хотя бы одного физического эффекта, открытый ими, ко мне на форум, и я повешу его на мой сайт.

Несколько лет назад ученые Екатеринбурга заключили договор с медиками, чтобы те со своих позиций оценили наши работы. Отчет этой работы был засекречен. Но для понимания проблемы было бы достаточно одной фразы из этого отчета, согласно которой ЗТН, оказавшиеся под домами, являются причиной тяжелейших заболеваний.

Я тогда же делал доклад по этой тематике медикам СПб. Коснувшись темы вентиляции поддомного пространства, я сказал, что отсутствие вентиляционных отверстий в подвальных помещениях резко увеличивает количество тяжелейших заболеваний у людей, живущих на первом этаже. На это присутствовшие там медицинские начальники сказали мне, чтобы я не волновался так, потому что достойные люди на первом этаже не живут. Я посоветовал им поинтересоваться как живут люди на первом этаже дома №70 по Ленинскому проспекту и покинул весьма неуважаемое мною собрание. Там же я услышал, что количество онкологических заболеваний на первом этаже СПб примерно в 5 раз выше, чем на других этажах. А ведь это всё радон…

Но вернемся к исходному моменту наших работ, к проблеме прогнозирования аварий в шахтах.

Мне не удается объяснить людям, что при выявлении ЗТН в шахтах не существует понятия предельной глубины. Ведь планетарные трещины распространяются снизу вверх,  от околоядерного пространства до поверхности Земли. И если мы зафиксировали наличие вертикальной трещины на небольшой глубине, то мы тем самым зафиксировали ее до самого околоядерного пространства.

Этот подход был проверен на шахте Распадской, которая эксплуатирует 12 угольных горизонтов. И если мы регистрировали нарушение угольного пласта на верхнем горизонте, то при этом мы видели такое же нарушение на том же месте на всех нижних горизонтах. И, соответственно, прогнозировать аварии можно на всей свите, и при этом не интересоваться глубинностью метода ССП.

На сегодняшний день мы доказали нашу возможность прогнозировать аварии инженерного сооружения на этапе выбора места строительной площадки (на примере дома в Парке им. Сахарова), и если когда-нибудь наступит время, когда жизнь и здоровье людей будут иметь большее значение, чем сейчас, то строители с помощью геофизиков смогут уменьшить риск разрушения домов до нуля.

 

Литература

  1. Кун Т.С. Структура научных революций. Перевод с англ. яз. И. З. Налётова. М., 1975.
  2. Гликман А.Г. Физические эффекты в акустике.
  3. Геофизпрогноз.
  4. Гликман А.Г. Беседы о воде.
  5. Гликман А.Г. Физические эффекты, свойства и закономерности в акустике
  6. Гликман А.Г. Спектральная сейсморазведка. - статья была специально создана для "Свободной энциклопедии", но отвергнута «экспертами» wikipedia.org (примечание редактора).


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"

Реклама на сайте: