Познание бесконечно, всеобъемлюще и неостановимо

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
27 июня 2021, Санкт-Петербург

В конце 60-х на кафедре радиоэлектроники ЛГИ произошло ЧП. У преподавателя, читавшего курс шахтной сейсморазведки студенты стянули конспект лекций. Это банально и всегда смешно, потому что если преподаватель знает свой предмет, то ничего страшного в этом нет. А вот если не знает… Я тогда учился заочно на радиофакультете ЛВИМУ, а в ЛГИ был лаборантом. И в душе был ближе к студентам, чем к сотрудникам кафедры радиоэлектроники. Студенты показали мне этот конспект. Это была абсолютно голая математика. Четырехэтажные формулы и спец-функции (Бесселя и проч.) Я спросил у похитителей - а где же здесь о сейсморазведке. Мне сказали, что в этом же и всё дело, что в этом курсе нет ничего конкретного. «Так зачем нам этот материал ни о чем». Не знаю, жив ли еще этот преподаватель, но на всякий случай не буду его (её) называть. Ограничусь инициалами В.В. Позже я узнал, что реальная сейсморазведка на тот момент не существовала, и поэтому могла быть представлена исключительно наукообразными текстами.

Радисты - народ, настроенный на практику, и я, не увидев в этом конспекте никакой практики, понял смысл хищения.

Вообще-то Его Величество Случай - большой шутник. И буквально сразу после этого события мне дали этот курс для чтения его студентам 5-го курса. Я, естественно, сопротивлялся против этого, но мне припомнили мое гидроакустическое прошлое, и я сдался. Как все предполагали, гидроакустика - это один из вариантов сейсморазведки. И так сложилось, что я читал этот курс 20 лет.

Тогда же кафедра радиоэлектроники была расформирована, и всех, кто там работал, раскидали по различным факультетам и кафедрам. Я угодил на Горный факультет, на кафедру разработки пластовых месторождений (РПМ), основным представителем которых является уголь.

Оказавшись там, я получил задание найти механизм обрушения пород кровли в угольных шахтах с тем, чтобы можно было это обрушение прогнозировать. При первом же спуске в шахту в результате простейших измерений было обнаружено, что горные породы по акустическим характеристикам являются упругими (акустическими) колебательными системами. То есть, аналогом электрических колебательных систем - колебательных контуров.

Здесь не было никакого озарения и проч., обычно приписываемых людям, сделавшим открытие. А просто, будучи радиоинженером, я при акустических измерениях обнаружил явление, подобное явлению, происходящему при работе с электрическими колебательными контурами.

Это было очень серьезное открытие. Оно противоречило всем законам, установленным для сейсморазведки. Но первоначальная эйфория сменилась пониманием, что любое открытие - это всего лишь начало развития новой парадигмы. Согласно истории физики, сменой парадигмы должно заниматься всё научное сообщество, двигаясь всем миром от эксперимента к эксперименту. В сейсморазведке же всё получилось иначе. Первый же эксперимент, описанный (придуманный?) Мохоровичичем, показал, что сейсморазведка настолько проста, что экспериментальная база не требуется. Именно поэтому ни в одном учебном заведении Мира не было ни одной лабораторной установки по сейсморазведке.

Все физические эффекты, принятые на вооружение сейсморазведкой, возникли как очевидные, и при работе с этим предметом мне приходилось проверять их экспериментально. И не было ни одного эффекта, который бы прошел эту проверку. Так, было принято как очевидность, что с увеличением частоты зондирующего сигнала затухание поля упругих колебаний в горных породах увеличивается. Это казалось очевидным, но я твердо придерживался закона методологии развития научного познания [1], согласно которому очевидность, не подтвержденная экспериментом - это путь в тупик. И зависимость затухания от частоты не подтвердилась.

В общем, в сейсморазведке не было ни одного положения, которое выдержало бы проверку экспериментом. И каждая моя попытка проверить что-либо экспериментально приводила к увеличению количества оппонентов. Зачастую очень агрессивных, и каких только неприятностей в мой адрес они не делали. К сожалению, к этим оппонентам относились и вполне, как мне казалось раньше, приличные люди.

Так, мне позарез необходимо было понять, почему объекты из одних материалов были резонаторами, а из других - нерезонаторами. Так, например, почему стеклянные пластины были резонаторами, а из оргстекла - нерезонаторами. Какие акустические параметры этих материалов различались?

Сейчас я это знаю, но тогда это для меня было загадкой. Я тогда выяснил, что в оргстекле скорость звука при прозвучивании постоянна и не зависит от толщины пластины, а в стекле, металлах и сплавах, а также в горных породах она изменяется, уменьшаясь при приближении фронта поля к границам. Я это всё рассказывал студентам в своем курсе и в своем коллективе. Реакция на это бывала очень бурная, но самостоятельно проверяя эти эксперименты, коллеги были вынуждены смиряться.

Одним из участников таких вот посиделок иногда была В.В. Она была самым непримиримым оппонентом. Бывало, выскакивала из лаборатории как ошпаренная. Однажды она пришла с предложением от своего мужа. Он предложил схему измерений, которая должна была поставить всё на свои места. В таких случаях любое возражение представляло интерес. Эксперимент, предложенный ее мужем, был довольно громоздким, но я его осуществил. И при этом еще раз, дополнительно подтвердил то, что я доказывал до этого. Это измерение я продемонстрировал ВВ. Она воскликнула, что это черт знает что и бурно  ушла.

А спустя какое-то время по приказу ректора собрались несколько кафедр, чтобы меня заклеймить раз и навсегда. ВВ была всегдашним членом парткома, и тоже там присутствовала. Участники готовились к этому мероприятию, и я им всем показывал те физические эффекты и, соответственно, лабораторные работы, которые особенно не нравились нашему руководству. Они забирали руководства всех лабораторных работ, чтобы подготовиться как следует.

И когда кто-то из них в качестве примера моего маразма упомянул условие различия резонаторов от нерезонаторов, я предложил ВВ высказать свое мнение. На это она очень убедительно сказала, что она вообще не в курсе этих проблем. И пришла исключительно по требованию парткома. Это был один из случаев, когда мне нужно было немедленно сесть, чтобы не упасть. Для меня всю жизнь было невозможно сказать человеку, что он лжет. Но внутреннее мое напряжение при этом было таковым, что я несколько раз был буквально рядом с потерей сознания.

Вот сейчас я могу честно сказать, что все неприятности, так тщательно подготовленные нашим руководством, в конечном итоге шли на пользу делу. Так, выгнав нас из ЛГИ, они простимулировали создание методики спектрально-сейсморазведочных профилирований (ССП), и при первом испытании этого метода мы обнаружили, что этим методом мы можем видеть зоны тектонических нарушений (ЗТН). Исследованию этих зон я отдал всю дальнейшую жизнь.

Так сложилось, что я участвовал в начале 2000-х в конференции, которая проходила в геофизическом институте в новосибирском Академгородке. Я там оказался по личному приглашению директора ИГФ академика С. В. Гольдина.

В качестве темы доклада я взял физику преобразования ударного воздействия на горные породы в затухающий гармонический сигнал. На доклад отпускалось неограниченное время, но минут через 10 Сергей Васильевич остановил меня, сказав, что тема моего доклада не соответствует интересам сейсморазведки.

Единственным аргументом, убедительно доказывающим действенность любого метода, может служить эксперимент. Не разрешить эксперимент - значит признаться в ущербности метода. Ущербность сейсморазведки - в отсутствии совпадения сейсморазрезов с разрезами, полученными с помощью бурения. На это указывал безусловный авторитет Петрашень Г.И. И это подтверждается результатом эксперимента, известного как «Кольская Сверхглубокая» [2].

Это возражение вызвало большое неудовольствие со стороны руководителя семинара. Я даже подумал, что меня попросят покинуть институт.

Имея возможность подробно ознакомиться с этим институтом, я обнаружил, что в этом огромном 6-этажном здании только одно помещение было отдано электроразведке, а все остальные аудитории и лаборатории были отданы сейсморазведке. Примерно такое же соотношение имеет место во всех научно-исследовательских геофизических институтах. И не только в нашей стране.

И это при том, что на счету сейсморазведки вообще нет никаких результатов, а электроразведка худо-бедно уж по различию электропроводности в состоянии выявить месторождение, скажем, графита.

Собственно говоря, наши результаты давали блестящие результаты, но их в упор не видели (и до сих пор не видят).

Со временем я понял окончательно, что обязанность формировать новую парадигму сейсморазведки упала исключительно на меня. Это было крайне сложно и чревато множеством неприятностей, но назад дороги не было.

Я не ставил перед собой задачи, которые, в конце концов, мне пришлось решать. Всё было как бы само собой. Вопросы появлялись сами собой, по мере решения практических задач.

Согласно всем учебникам по сейсморазведке, акустический импульс, возникающий в результате ударного воздействия, должен частично пройти сквозь геологические объекты, а частично отразиться от них по законам зеркального отражения. Но на самом деле, как оказалось, ударное воздействие вызывает не ответный акустический импульс, а затухающий синусоидальный сигнал. Частота этого сигнала f₀ оказалась связанной с толщиной h исследуемого породного слоя таким образом, что

h=V/2f₀  (1)

Здесь V - скорость распространения сигнала в данном конкретном материале.

Этот сигнал, как ни странно, не проходил сквозь породный слой, а после нескольких лет поисков удалось обнаружить, что он  идет вдоль этого слоя. То есть, в слоях-резонаторах первичное акустическое поле, возникшее в результате ударного воздействия на земную поверхность, поворачивается на 90 градусов. Этот эффект был назван эффектом резонансного акустического поглощения (АРП), по аналогии с другими подобными эффектами в физике.

Но при этом оказалось, что породный слой-резонатор имеет свойство полосового фильтра. Поэтому, при повороте на 90 градусов, по этому слою идет одночастотный сигнал, связанный с толщиной слоя-резонатора соотношением (1)

В ходе этих поисков оказлось, что объекты не из всех твердых материалов обладают такими свойствами. Так, если объекты из стекла являются резонаторами, то из оргстекла (полиметилметакрилата) - нерезонаторами, то есть в них не происходит преобразование исходного сигнала в гармонический.

Объекты-резонаторы - это горные породы, металлы и сплавы, стекло, керамика, лёд…  Объекты-нерезонаторы - оргстекло и многие другие пластики. Но граница между этими группами нечеткая, и в определенных условиях объекты-нерезонаторы могут проявить свойства резонаторов.

Вот этот небольшой по объему текст формировался десятилетиями, но это формирование не закончено, поскольку познание бесконечно, и каждый день приносит свою добавку в то, что, казалось бы, уже завершено.

Так, вода, будучи сама по себе нерезонатором, в зависимости от того, в каких условиях она находится, может стать резонатором.

При проверке соотношения (1) оказалось, что скорость распространения поля упругих колебаний в объектах-резонаторах, определяемая путем регистрации момента первого вступления, изменяется в 2 раза в зависимости того, в каком направлении распространяется это поле. Так, породный слой-резонатор характеризуется скоростью, равной 5000м/с, если исследуется поперек, и 2500м/с, если исследуется вдоль. То есть, при ударном воздействии на породный слой-резонатор наблюдаются четыре явления. Во-первых, при ударном воздействии возникает гармонический (синусоидальный) затухающий сигнал, во-вторых, он распространяется вдоль породного слоя-резонатора, в-третьих, скорость распространения этого сигнала вдоль слоя-резонатора вдвое меньше, чем при распространении сигнала поперек слоя-резонатора. В четвертых же при распространении поля упругих колебаний вдоль слоя-резонатора затухание поля будет ничтожно.

Такая же картина может возникнуть, если исследуется вода.

В 1944 году американские ученые М. Ивинг и Дж. Ворцель обнаружили, что в океанах на глубине, примерно равной 1000м существует водяной слой, который по акустическим свойствам подобен акустическим свойствам породных слоев-резонаторов. То есть, скорость распространения вдоль этого водяного слоя равна примерно половине скорости распространения поля упругих колебаний в воде - 750 м/с, а сам сигнал имеет форму затухающей синусоиды. И сигнал этот не выходит за пределы Канала Сверхдальнего Распространения Звука (КСРЗ).

Это явление принято объяснять очень красивыми словами - интерференцией, рефракцией... На самом деле, мы видим все признаки колебательной системы, а для этого все эти термины бесполезны. Колебательная система или есть или ее нет. К сожалению, мы не имеем никакой информации о геометрии этой структуры. Не исключаю, что данные, необходимые для построения математической модели этой колебательной системы у нас существуют. Ведь примерно через год-полтора после обнаружения КСРЗ американскими учеными появилась примерно такая же информация советских ученых - Л. М. Бреховских и Л. Д. Розенберга.

Это явление предполагалось использовать для своевременной помощи терпящим бедствие кораблям. Для этого все корабли комплектовались глубинными бомбами, которые могли взрываться в этом канале. Возникающий в результате этого гармонический сигнал достигал берега независимо от расстояния до него. А береговые гидроакустические станции должны были зарегистрировать момент взрыва с тем, чтобы методом треугольника выявить точку взрыва. Но появились космические системы, которые сделали ненужными гидроакустические средства.

Но тем не менее, необходимость знания физики каналов сверхдальнего распространения звука в воде не отпала. Дело в том, что не проходит года, чтобы не было столкновения между всплывающей п/л (подводной лодки) и надводным судном. Как оказалось, это происходит, потому что кроме находящихся на глубине КСРЗ существуют точно такие же каналы в приповерхностной зоне водоемов. Они возникают на некоторое время после шторма.

Приповерхностные КСРЗ проявляются при всплытии п/л. Подобный случай произошел с нашим Курском.  Гидроакустические средства не могут их идентифицировать, и всплывающая п/л сталкивается с надводным кораблем. Я надеюсь, что рано или поздно возникнет потребность в использовании средств, позволяющих выявлять приповерхностные КСРЗ.

То, что земная толща - это совокупность колебательных систем, иногда ощущается во время профилирования, когда нетяжелый удар по поверхности отзывается колебаниями, ощущаемыми ногами. Нам такое встречалось несколько раз. При этом амплитуда на нашей измерительной аппаратуре достигает таких больших значений, что кажется, будто аппаратура вышла из строя. А на следующий день, продолжая начатый вчера профиль, мы не видим никаких следов от вчерашней огромной амплитуды.

Но если в такой зоне оказывается какое-либо вибрирующее сооружение, то может произойти разрушение этого сооружения.

Развитие познания - неконтролируемый процесс. И часто бывает так, что случайно обнаруженный эффект может оказаться очень нужным в совершенно неожиданной ситуации.

Наибольшее количество новых физических эффектов было обнаружено при разработке метода прогнозирования аварий в шахтах. Здесь нам помощь оказывала сама Природа.

Я очень много времени и сил потратил на то, чтобы увязать возникающую мелкослоистость пород с вероятностью обрушения пород. А оказалось всё очень просто. Если вертикальная структура ЗТН пронизала горную породу, то разрушение этой породы происходит за счет ее раскачки. Раскачка возникает при возникновении вертикальной трещины и вызывает два противоположных процесса. Вниз уходит расслоенная порода, и вверх - продукты синтеза в околоядерном пространстве - вода, метан, водород и проклятый радон.

Я где-то писал о том, что погибли новорожденные котята в коробке из-под обуви, которая стояла около трубы, по которой шла вода из скважины. Неужели радон проходит через трубу?! Оказалось, что он проходит через микроскопические щели между трубой и материалом, сквозь который проходит труба.

Результатом этих изысканий стало категорическое требование вентиляции поддомного пространства. Но если бы вы знали, какое противодействие идет этому требованию! И особенно со стороны строителей, которые очень неплохо живут за счет применения плит под домами.

Железобетонная плита в качестве фундамента домов дает огромное количество онкологии и других убойных заболеваний, потому что не позволяет вентилировать поддомное пространство.

Раскачка происходит в ЗТН, и она является главным механизмом создания мелкослоистости материалов, которые возникли в результате прессования изначально мелкослоистого материала, как например всех осадочных материалов. И результат развития расслоения любого осадочного материала - разрушение любого инженерного сооружения.

Я занимаюсь темой прогнозирования разрушения горных выработок и инженерных сооружений с 1973-го года, и за эти годы у меня не было ни одной командировки, в которой бы я не обнаружил что-либо новое и, как правило, неожиданное. Мои командировки - это мой экспериментальный полигон. Это то, без чего у меня не было бы ни одного решения, ни одной находки.

Но находки всегда случайные и иногда очень нежелательны. Если больше 20 лет усердно не замечать такую нашу находку как ЗТН, очень многие разрушения инженерных сооружений будут казаться внезапными. Когда я вижу дом по адресу Замшина 31, корп. 4 (СПб), у меня внутри всё сжимается. Мы обследовали строительную площадку, когда на ней еще травка росла, и всё четко расписали. И куда нас послали строители…

Я усиленно исследую все случаи, когда проявляется разрушительное действие ЗТН. Но в этом направлении у меня нет союзников.

23-го июня с.г. поступила информация о внезапном разрушении 12-этажного дома во Флориде. Фото - на рис.1

Рис. 1

Для того, чтобы произошло подобное разрушение, нужно, чтобы под домом были 2 или больше ЗТН. Они колеблются не в фазе, и как бы раздирают фундамент.

Обрушившаяся часть дома как бы сползла. Так бывает, когда часть дома теряет опору.

Зря, что ли, уже в нескольких своих статьях я показываю, что произошло с управлением порта в СПб? (см. рис.2) Может быть, кто-нибудь объяснит, как могло такое случиться?

Рис. 2

Ну какие еще свидетельства показать, что бывает с домами, под которыми находятся ЗТН? Примерно то же самое ожидает дом на Замшина-31-4. Количество трещин там растет постоянно, и я не сомневаюсь, что резкий порыв ветра рано или поздно превратит его в кучу мусора.

 

1. Кун Т.С. Структура научных революций.
2. Гликман А.Г. Сейсморазведка