О прогнозировании техногенных катастроф
(отечественная разработка)

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
декабрь 2019, Санкт-Петербург

Очень часто в СМИ встречаются сообщения о разного рода авариях, катастрофах, но я знаю, что во многих случаях их можно было бы спрогнозировать и тем самым не допустить. Наиболее сильна моя уверенность в этом, когда аварии случаются в шахтах и прочих подземных сооружениях.

Дело в том, что, начиная с 1977-го года мне с коллегами пришлось заниматься прогнозированием различных аварий в угольных шахтах и мы достигли в этом неплохих результатов. Людей, которые остались живы благодаря нам, не так уж мало. Но начнем всё с начала.

После закрытия кафедры радиоэлектроники в ЛГИ (Ленинградский горный институт), где я до этого работал, меня взяли на кафедру разработки пластовых месторождений (РПМ) Горного факультета. И все мои интересы переместились в проблемы, связанные с добычей угля. На этой кафедре заведующим лаборатории был БП - Борис Петрович Овчаренко, у которого была масса идей, но не было рук для проверки их. Вот он меня и взял в качестве своих рук, поскольку я был неплохим слесарем.

В каждом ремесле существует некая нерешаемая и очень важная проблема. Для горняков это проблема прогнозирования внезапного обрушения пород кровли. Здесь ключевое слово - внезапное. Оно означает, что спрогнозировать эту беду невозможно. Обрушение пород кровли является причиной половины травматизма в шахтах во всем Мире. И нет в Мире даже самого минимального горняцкого исследовательского коллектива, где бы ни пытались найти механизм обрушения пород кровли.

Кафедра РПМ была самая большая в ЛГИ. Там было примерно 40 ученых, и они всё знали об обрушении пород кровли, но вот только прогнозировать его не могли. И они решили, что этим я и буду заниматься.

У БП была идея, как прогнозировать обрушение пород кровли. Для этого нужно было уметь измерять затухание поля упругих колебаний (акустическое поле) в породах кровли. С его точки зрения здесь всё было очень просто. Чтобы обрушиться, породы кровли должны быть трещиноватыми. А чем больше в них трещин, тем больше коэффициент затухания и тем больше вероятность обрушения. Так что вся задача сводилась к измерению затухания.

К этому времени я уже 4 года читал студентам-горнякам 5-го курса и шахтным геологам (на Факультете Повышения Квалификации ЛГИ) курс шахтной геофизики, и каждый год собирался бросать это дело. Дело в том, что сейсморазведка, которая является практически единственным геофизическим методом, применяемым в шахтах, оказалась уникальным предметом. Она числилась самым эффективным геофизическим методом, причем уже закончившим свое развитие.

Кстати, я заметил, что как только какую-нибудь область знания назовут закончившей свое развитие, то немедленно возникнут какие-то факты (обычно это физические эффекты), которые заставят всё в этой области знаний начинать сначала. Ведь познание бесконечно, и областей знания, закончивших свое развитие, нет и никогда не будет.

Кстати, для справки:

а) - ни один сейсморазведчик в Мире не согласится принять заказ на сейсморазведочные геофизические работы, не имея паспорт скважины на той площади, где предполагается получить сейсмоинформацию;

б) - за всё время существования сейсморазведки не было ни одного случая совпадения сейсморазреза с геологическим разрезом, полученным бурением;

в) и самое важное, что сейсморазведка не входит в компетенцию метрологов.

Все эти особенности сейсморазведки мне становились известными постепенно. Если бы эта информация с самого начала на меня упала, я просто отказался бы читать этот курс.

Поясню насчет метрологов. Измерение - это сравнение с эталоном. А эталона в сейсморазведке не существует. И основной элемент сейсморазведочной аппаратуры - сейсмоприемник - не может быть охарактеризован какими бы то ни было параметрами. Нельзя определить его чувствительность и тип упругих волн, которые он регистрирует.

Поэтому, когда говорят, что некий сейсмоприемник имеет 3 (или какое угодно количество) G, то к этому следует относиться с большой недоверчивостью.

Далее, в основе любого исследовательского метода должен быть какой-то физический эффект, который можно наблюдать экспериментально. Исключение составляет сейсморазведка. В основе сейсморазведки лежат очевидности, которые подтвердить экспериментально невозможно. Такое состояние сейсморазведки оказалось соответствующим мировому уровню. В общем, сейсморазведка оказалась крупнейшим научным заблуждением в Мире в ХХ веке.

Мне кажется, что я понимаю, как это произошло. Сейсморазведку подвела очевидность всех ее положений.

Ну вот же, представляется очевидным, что если ударить по земной поверхности, то возникнет поток акустического поля, направленный сверху вниз, и отразившись от залегающих в земле геологических структур, этот поток вернется к поверхности и будет зарегистрирован сейсмоприемником. Что здесь, казалось бы, непонятного?

Но Природа распорядилась иначе. Оказалось, что поле действительно отразится, но не наверх, а в направлениях, параллельных земной поверхностей. Этот эффект был смоделирован и оформлен в виде лабораторной работы, и получил название эффекта акустического резонансного поглощения (АРП) [1].

Когда мне понадобилось поставить лабораторную работу для учебного курса, я, двигаясь от простого к сложному, решил дать студентам самим убедиться в том, что скорость распространения поля упругих колебаний в монолитных средах типа, скажем, стекла во всех направлениях одинакова (а это соответствует одному из фундаментальных положений сейсморазведки), это вызвало всеобщее недоумение. Дескать, проверять настолько очевидные вещи  - это полный идиотизм. А я тупо цитировал методологов, которые утверждают, что непроверенная очевидность - это путь в тупик. И методологи оказались правы. Это иллюстрируется на рис. 1

Рис. 1

В курсе сейсморазведки предполагается, что при прозвучивании стеклянной пластины размерами  x × y × z скорость распространения поля в направлении x не будет отличаться от скоростей распространения поля в направлениях y и z, и будет равна примерно 6000м/с. Но при экспериментальной проверке оказалось, что это не так. Скорость распространения поля в направлении Z действительно оказалась равной 6000м/с. А вот в направлении X и У скорость распространения поля оказалась примерно в 2 раза меньше. Моему удивлению не было предела. Понятно, что такую лабораторную работу давать студентам было нельзя до тех пор, пока я сам в этом не разберусь.

Вторая лабораторная работа была столь же очевидной и заключалась в том, чтобы убедиться, что амплитуда поля упругих колебаний уменьшается с удалением от источника поля так, как это показано на графике а рис.2. Ну правда же, более очевидного эффекта придумать нельзя.

Рис. 2

И опять облом. На самом деле, на графике зависимости амплитуды поля I (ось ординат) от расстояния между источником поля и сейсмоприемником (ось абсцисс) есть участок, где указанная зависимость носит характер графика b (рис.2).

Как и в случае с первой лабораторной работой (рис.1), я не понимал физику наблюдаемого явления, но эта работа была дана студентам. Они получили иллюстрацию того, что познание бесконечно, что вызвало у них невероятный интерес. Они приходили в лабораторию в вечернее время, чтобы еще раз убедиться в том, чего быть не может.

И если бы так называемые теоретики сейсморазведки прислушивались к методологам [2], то сейсморазведка по своей никчемности не заняла бы первое место...

При подготовке к измерению затухания в шахтных условиях возникли вопросы, на которые надо было ответить, поскольку никто никогда таких измерений не делал. Пришлось всё начинать с нуля. В работах, опубликованных на сайте [3], об этом написано достаточно подробно. Всё действительно было не просто. В результате, при измерениях затухания поля упругих колебаний в шахтных условиях была обнаружена неизвестная ранее колебательная система. По определению, которое дал лорд Кельвин, колебательная система - это объект, который реагирует на импульсное (ударное) воздействие затухающим гармоническим (синусоидальным) сигналом.

То есть, породный слой по акустическим характеристикам оказался колебательной системой.

Главным следствием оказалось то, что теперь не составляло труда определять строение кровли угольного пласта, прямо находясь в шахте. А вот это уже является ключиком к прогнозированию обрушения пород кровли.

Толщина породного слоя h оказалась связанной с частотой сигнала f₀, возникающего в результате ударного воздействия на этот породный слой следующим образом:

h = 2500 / f ₀

В начале (первые 16 лет) необходимая аппаратура была названа «Резонанс» и была выполнена в аналоговом виде.

И, таким образом, этот метод мог бы функционально заменять собой традиционную лучевую сейсморазведку.

Но произошло настоящее чудо. Оказалось, что такой результат на нашей кафедре никому не был нужен.

Когда БП увидел результат нашего с ним измерения (мы работали в шахте вдвоем), он сразу сказал, что меня сожрут. Больше он ничего не сказал. Остальное я понял потом.

Когда стало известно, что мы можем прогнозировать обрушение пород кровли, то выяснилось, что чуть ли не половина всей нашей кафедры писала в своих диссертациях, как они прогнозируют устойчивость кровли... Видимо, БП об этом знал, и поэтому сказал, что меня сожрут. И совсем немного времени спустя я узнал, что они в этом коллективном подлоге не виноваты.

Как я узнал со временем, главным требованием к диссертациям является... отсутствие в них чего-либо нового. Да... Наука, в которой нет ничего нового?! Простите, но это не наука, а наукообразие.

Кто-то ловко разделался с нашей наукой. Я уже несколько раз писал о том, что тот, кто хоть раз солгал в науке, защитил липу, украл чужие материалы и т.п., тот на всю оставшуюся жизнь становится научным импотентом. Вот таковыми, значит, и были мои сотрудники. Но их же заставляют лгать, делать приписки и тому подобные благородные вещи.

БП был действительно опытным человеком, он всё предвидел. И когда он сам в своих исследованиях увидел новый, неизвестный ранее физический эффект, связанный с процессами разрушения горных пород, то он немедленно выбросил установку, с помощью которой он увидел этот эффект, и записи, которые он делал. Когда я на него напустился, что он не имеет права так распоряжаться открытием, потому что, может быть, он только для этого и родился, он очень на меня обиделся и встречно задал мне вопрос: «Ты хочешь, чтобы меня так же били, как бьют тебя!?»

Если ОНИ поймут, что я знаю что-то больше, чем они, они завалят мою докторскую. Но до докторской он так и не дожил...

Я абсолютный реалист, и не склонен к какой-либо мистике или религии, но убежден, что открытие - это принадлежность кого-то высшего. И человек, которому повезло обнаружить новый эффект, не имеет права не отдать его людям.

Теперь мне стало понятно, почему соискатели стараются защищаться через 1-й отдел. Так, по крайней мере, никто не сможет узнать содержание их диссертаций.

Я как-то обнаружил одно интересное явление. Как и все научные сотрудники, я должен был регулярно делать доклады на кафедре о ходе моих исследований. На фоне постоянно тлеющего раздражения в мой адрес, я заметил, что когда я рассказываю о новых находках, а особенно, о новом открытии, тлеющее раздражение переходит в яркое пламя в виде просто-таки поросячьего визга. И со временем я понял, в чем дело. Ни один из моих коллег (по кафедре) не имел на своем счету ни одного нового физического эффекта или явления. А у меня... ну посмотрите хотя бы ссылочку [4].

Как утверждают методологи, открытия делаются руками, то есть, в результате экспериментов. А мои коллеги - белая кость. Они работают головой и занимаются исключительно математическими изысканиями. В таком режиме для них путь к открытию закрыт. А ведь доктор наук, имеющий собственное открытие имеет пропуск в член-корры и академики.

Математика - дело хорошее. Но ее назначение - давать описание экспериментам. А где же их взять? Я-то 16 лет просто жил на шахтах, вот откуда информация о новых эффектах и явлениях. Мои ребята как-то прикинули, что я за эти 16 лет поработал примерно на 100 шахтах. Но мне это было не в тягость. Мне очень интересно работалось и я до сих пор использую информацию, полученную тогда.

Но, наконец, руководство ЛГИ провело нас (мою группу) по сокращению штатов, и нам пришлось уволиться. В 1993 году ни у кого в институте не было денег, кроме нас, то есть моей группы. У нас был прочный договор с Южкузбассуглем, и я мог оспорить наше увольнение по сокращению штатов, но мне, честно говоря, надоело работать в ЛГИ в состоянии войны.

Остаться без работы в 1993 году - это не для слабонервных. Но когда мы уже были готовы идти работать в охрану или в ларек (больше тогда работать было негде), нам Его Величество Случай подарил возможность сделать еще одно открытие.

Еще в начале XIX века было замечено, что если произошло внезапное, ничем не мотивированное разрушение инженерного сооружения, то после сноса того, что осталось после разрушения и строительства там же нового и более прочного сооружения, оно тоже разрушалось. Геологи совершенно справедливо предположили, что виноват в этом должен быть какой-то геологический объект.

Во всем Мире было принято решение найти этот объект. И вот, перед тем, как что-то строить, обуривали с отбором керна всё пространство вокруг будущего сооружения. А если происходило разрушение, то бурили повторно, чтобы выявить виновника. Это научное направление было названо инженерно-геологическими изысканиями. Или просто инженерной геологией. Этим занимались 150 лет, пока в Канаде не произошло разрушение века [5], причину которого так и не удалось обнаружить. После этого было принято решение инженерно-геологические работы прекратить, поскольку проку от них не было. Исключением стала Россия...

В каждом российском городе функционируют ТИСИЗы, в СПб - плюс к этому - трест ГРИИ.  В Москве - Центральный институт инженерных изысканий (ЦИИИС). Но эти организации на самом деле не занимаются прогнозированием разрушений инженерных сооружений. Они занимаются продажей справок, позволяющих строить там, где нужно и так, как решили архитекторы. А если разрушение произойдет, то никто не несет никакой ответственности. Справочки эти обходятся примерно в 10% от стоимости всего строительства. Но это не страшно, так как платят за всё те, кто купил квартиру.

От инженерной геологии осталось только название. Оно кажется красивым, а что оно означает на самом деле, никто теперь даже не знает. А теперь еще процветает инженерная геофизика, которая вообще не дает никакой информации.

В 1993-м году мы покинули не слишком для нас приветливый ЛГИ. При этом мы, естественно, потеряли допуск для работы на шахтах. Это для нас была катастрофа, так как ничего кроме шахтных измерений мы не умели. Но... не было бы счастья, да несчастие помогло. Мы попытались сделать те же измерения, что в шахтах, но по поверхности земли, вдоль по газону. И первый же километровый профиль позволить нам обнаружить тот самый геологический объект, который столько лет искали геологи методом бурения.

Новый, неизвестный ранее геологический объект, который сейчас называется зоной тектонического нарушения (ЗТН), в простейшем виде на мониторе компьютера имел вид воронкообразного объекта. Мы довольно быстро перешли на цифровую обработку. Наш метод мы назвали спектрально-сейсморазведочным профилированием (ССП), и так же назвали и нашу новую аппаратуру.

Зоны тектонических нарушений давно встречаются в геологической литературе, но на самом деле, в их определении фигурируют несуществующие субстанции. Так, считается, что образуются они при столкновениях тектонических плит... Сразу отмечу, чтобы никогда больше к ним не возвращаться, что не существует средств, с помощью которых можно было бы регистрировать эти самые плиты, а тем более, их движение. Считается, что информацию об этих зонах получают с помощью традиционной лучевой сейсморазведки. Но мы ведь уже знаем, чего стоит информация, получаемая с помощью этого метода...

На самом деле, если говорить строго, то в основе метода ССП, позволяющего выявлять ЗТН, лежит открытие, которое мы сделали в 1977 году, при первом моем спуске в шахту (вместе с БП). Оно заключается в том, что породный слой по акустическим свойствам является колебательной системой. А земная толща - совокупностью колебательных систем. Согласно методологии развития научного познания, обнаружение любого нового физического эффекта или явления имеет много следствий. [7]

Одним из следствий его является то, что спектрально-сейсморазведочное профилирование (ССП) позволило обнаружить, что ССП-изображение позволяет увидеть ЗТН как воронкообразный объект, пример которого приведен на рис. 3.

Рис. 3

Здесь центр ЗТН находится около 62-го метра профиля 3.

Как оказалось, подобного рода структуры, залегающие в земной толще, отвечают за внезапные обрушения инженерных сооружений. Эти объекты характеризуются повышенным уровнем радона, и именно поэтому геофизики посоветовали назвать их зонами тектонических нарушений (ЗТН). Ведь радон может поступать на поверхность только из околоядерного пространства Земли.

Удалось выявить механизм разрушения сооружений и самого грунта в ЗТН. Дело в том, что важнейшим свойством ЗТН является так называемая (геодезистами) планетарная пульсация в этих зонах. Эта пульсация представляет собой сверхнизкочастотное колебание поверхности грунта. Период этих колебаний - минуты, амплитуда этих колебаний достигает 10 и более см. Планетарная пульсация возникает в результате постоянно идущего процесса трещинообразования в коре Земли.

Вторым свойством ЗТН, обнаруженным еще в 1997-м году было выход на поверхность в этой зоне родниковой воды. Нередко поступление воды в ЗТН происходит бурно, и даже самоизливом. Поступление родниковой воды - это большое благо для жителей за городом. Но там, где вода не нужна, это может быть большой бедой. Это может оказаться причиной затопления сооружений, затопления шахт и карьеров, прорыва дамб.

Поиск родниковой воды с помощью ССП является на сегодняшний день единственным аппаратурным методом поиска воды. Мы использовали ССП для поиска воды на всех континентах, и сейчас можем с уверенностью сказать, что безводных мест на Земле нет [8].

Колоссальный шаг в проблеме получения воды сделал великий Ларин В.Н. Он доказал, что вода на Земле постоянно синтезируется в околоядерном пространстве из водорода и кислорода. Примерно так, как нам рассказывали в 7-м классе школы. Возникшая там вода устремляется по трещинам на поверхность Земли, а наша задача найти эти трещины, что мы и делаем при поиске ЗТН.

Но вернемся к проблеме прогнозирования разрушения инженерных разрушений.

Все разрушения инженерных сооружений начинаются с разрушения фундамента. Так, происходящие время от времени обрушения крыш начинаются с трещин в фундаменте. Характер дальнейшего разрушения сооружения зависит от множества факторов.

Самое быстротечное разрушение происходит, когда ЗТН под домом не разрывного, а сдвигового типа. Разрывные нарушения - это когда воронкообразный объект, соответствующий ЗТН, симметричен. Сдвиговые - когда имеется только одна образующая воронки. И если при разрывном нарушении дом разрушается плавно и не очень быстро, то при сдвиговом - мгновенно. Даже, бывает, прямо во время строительства, и это очень хорошо видно.

Так, в доме №31 корп. 4 по ул. Замшина, (СПб) под которым мы увидели при геофизических работах ЗТН сдвигового типа, две стены отделились от корпуса дома еще до заселения, и их пришлось закреплять стяжками. Геофизические исследования мы делали, когда строительные работы еще не начались. А ведь дом, построенный по монолитной технологии – это железобетонная коробка, и выпасть из зацепления стены в нем могут только при трещине в железобетонном плавающем основании.

Если ЗТН примерно изометричной формы находится посередине дома, то вследствие планетарной пульсации дом в центре теряет опору, и при попытке ремонта начинает быстро разрушаться весь его корпус. Таких случаев сейчас в СПб наблюдается достаточно много.

Вследствие планетарной пульсации становится подвижным весь корпус дома, и при этом отваливается облицовка. Это очень нередкий случай. На новых станциях метро в СПб (Беговая и Дунайская) поотваливались плитки облицовки, и следом за этим пошла вода.

После первого знакомства с ЗТН буквально посыпались различные свойства этих зон. И вот те 26 лет, которые прошли с тех пор, заполнены изучением этих свойств ЗТН.

У меня предостаточно публикаций на эту тему. И для того, чтобы здесь не повторяться, я скажу только, что ЗТН являются центрами землетрясений. Причем, не только природных, но и техногенных.

И кстати, на площадях, где ЗТН отсутствуют, ни одно сооружение не будет разрушаться даже при самых сильных землетрясениях.

Как известно, считается, что фундамент, укрепленный сваями, надежнее. В 2008 году мы получили заказ на обследование свайного поля в Сургуте, на площадке для ГРЭС. Там 20-метровые сваи забивались очень плотно, с шагом 1м. Мы обратили внимание на то, что весьма значительное количество свай требовали очень малого количества ударов (не более 10), чтобы полностью погрузиться в грунт. По характеру ССП-разрезов мы увидели, что подавляющая площадь площадки находится в ЗТН.

Тогда стало понятно, почему требуется такое малое количество ударов. В таком случае надежность сооружения должна резко упасть, и при вибрационном характере нагрузки следует ожидать быстрого и бурного разрушения.

Заказчик после такого нашего сообщения потребовал прекращения нами геофизических работ.

При первом же запуске ГРЭС произошло примерно то же самое, что произошло на Саяно-Шушенской ГЭС.

И еще. Зоны тектонических нарушений не имеют таких характеристик как глубина, поскольку вертикальные трещины ЗТН берут свое начало в околоядерном пространстве Земли. ЗТН являются виновниками всех техногенных катастроф на Земле, а  также, и в первую очередь, аварий в шахтах, рудниках, на карьерах и разрезах.

Экономические потери на Земле растут синхронно с ростом энергооснащенности нашей планеты. Причина - в вибрации энергетических установок при их эксплуатации. Все возникающие из-за этого аварии входят в группу техногенных землетрясений, потери от которых все больше увеличиваются по сравнению с потерями от природных землетрясений. Это происходят по тому, что природные землетрясения возникают где угодно, и в основном в неосвоенных зонах. Техногенные же землетрясения бьют только по промышленным центрам.

Благодаря обнаруженным нами свойствам ЗТН, все инженерные сооружения, оказывающие на опоры (на грунт) динамическое (вибрационное) воздействие являются объектами риска, и мы в силах эти риски уменьшить.

За те 47 лет, что я занимаюсь этими проблемами, я имел массу неприятностей от руководства кафедры РПМ, от руководства ЛГИ, министерств и ведомств. Иностранные государственные деятели к нам относятся с недоверием, потому что если информация идет из России, значит это вранье. А наши государственные деятели на наши доклады реагируют предельно коротко и ясно: «Отечественные разработки даже не рассматриваются.» Я другой такой страны не знаю, где бы с таким пренебрежением относились к своим ученым. Ну, так что делать будем? Спокойно наблюдать, как гибнут люди и разрушаются инженерные сооружения? Или смиримся с тем, что это отечественная разработка?

Литература

1. Гликман А.Г. Эффект акустического резонансного поглощения (АРП) как основа новой парадигмы теории поля упругих колебаний
2. Кун Т.С. Структура научных революций
3. Сайт newgeophys.spb.ru
4. Гликман А.Г. Физические эффекты, свойства и закономерности в акустике
5. Гликман А.Г. Краткая история сейсморазведки.
6. Гликман А.Г. Зоны тектонических нарушений
7. Гликман А.Г. Вода - это очень просто
8. Ларин В.Н. Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли). М. «Агар» 2005, - 248 с., табл., илл.