Гликман А. Г.
ООО "НТФ"Геофизпрогноз", Санкт-Петербург, Россия
geophysprognos@rambler.ru
Данилов А.В., инж.
Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина
daniloff@lan.ua
апрель 2011
Интервью опубликовано в журнале Геоiнформатика N 2 2011
А может быть, она действительно колеблется?
С 6 по 10 декабря 2010 года на геологическом факультете в Киевском национальном университете имени Тараса Шевченко состоялась открытая лекция основателя нового метода в геофизике «Спектральная сейсморазведка», Адама Григорьевича Гликмана. Сотрудник геологического факультета, инженер кафедры геоинформатики КНУ имени Тараса Шевченко Данилов Алексей Владимирович провел встречу с Адамом Григорьевичем, где выяснил некоторые теоретические и практические аспекты его теории.
Адам Григорьевич, не могли бы Вы рассказать суть Ваших интересов? Началось всё в 1977 году с, казалось бы, очень частного случая. Решалась задача поиска метода прогнозирования обрушения пород кровли в угольных шахтах. При этом, при первом же моём спуске в шахту произошло непонятное. Я обнаружил то, что было известно давным-давно.
Чаще всего, новое – это то, что лежит на стыке разных наук. И для одних оно неизвестно, а для других – истина, привычная как не знаю что. Так вот, я обнаружил, что породные слои в частности, а вообще, объекты из подавляющего большинства твердых сред являются колебательными системами.
То, что реакция на ударное воздействие на земную толщу (то есть, сейсмосигнал) имеет вид затухающих гармонических процессов, известно с того момента, как было осуществлено первое сейсмоизмерение, то есть, с самого начала ХХ века. Но, как я понял из сейсморазведочной литературы, а также в результате общения с представителями этой области знания, происхождение такого рода сигналов объясняется интерференцией между множеством сигналов, возникающих при отдельных элементарных отражениях.
Вот этот момент оказался краеугольным камнем во всей этой истории. Дело в том, что гармонический (в том числе, гармонический затухающий) сигнал с помощью интерференции получить невозможно. Единственным способом получения такого сигнала является импульсное воздействие на колебательную систему.
Это следует прямо из определения колебательной системы (по Кельвину). Если объект реагирует на ударное воздействие гармоническим затухающим сигналом, значит, удар пришелся по колебательной системе.
Первый в моей геофизической практике удар был произведен в 1977 году по породному слою, залегающему в кровле подземной выработки угольной шахты. Тогда-то я и обнаружил гармонический характер отклика и увидел возможность использовать этот эффект для прогнозирования обрушения кровли.
Сейчас мне кажется очень странным, что осознание того, что не просто отдельная породная плита, а вся земная толща является колебательной системой (а вернее, совокупностью колебательных систем) происходило в моей голове в течение нескольких лет. Казалось бы, ведь это всего один логический шаг. Но мыслить в масштабах планеты, как оказалось, для меня было очень непросто. Или, может быть, сложности были оттого, что я этим занимался один, и мне не с кем это было обсуждать.
Первый раз я осознал это тогда, когда произошла авария на ЧАЭС. У меня были знакомые ликвидаторы, которые рассказали, что началось всё с возникновения и увеличения амплитуды вибрации в машинном зале. Амплитуда вибрации возросла до такого уровня, что людьми овладела паника, и кто мог, тот покинул машинный зал. Рост амплитуды вибрации оборвался взрывоподобным разрушением машинного зала. И только через 20 секунд после этого взорвался реактор. Вот эти два толчка с разделением в 20 секунд были зафиксированы сейсмологами всего Мира.
Даже если ничего не знать о том, где происходят эти события и в чем они заключаются, то рост амплитуды вибрации, прекращающийся (завершающийся) взрывоподобным разрушением – это однозначное описание резонансного разрушения. Но ведь чтобы говорить о резонансе, нужно понимать, что именно является колебательной системой, с собственной частотой которой совпала частота вибрации внешнего воздействия. Мне стало понятно, что колебательная система, участвовавшая в этом резонансе, залегала в земной толще, а совпадение частот (что, собственно, и является резонансом) произошло случайно, из-за изменения режима генератора, о котором, в общем-то, было известно сразу же после аварии.
Насколько велика вероятность подобных событий, такого же вот разрушения? Достаточно велика. С тех пор, как я слежу за этим, произошло множество аналогичных аварий на объектах, оказывающих на грунт динамическое (вибрационное) воздействие. Это разного рода насосные станции, электростанции (в том числе, ветряные), поезда…
Вспомните Саяно-Шушенскую ГЭС. Их же собственный самописец зафиксировал 600-кратное увеличение амплитуды вибрации, рост которой прервался тем, что сорвало с опор гидроагрегат.
В объяснениях этой аварии я что-то ничего о резонансе не слышал. Если Вы произнесете слово резонанс, то неизбежно возникнет вопрос о том, что выполняло роль колебательной системы. Но считается, что в Земле никаких колебательных систем нет и быть не может. Поэтому на это слово наложено табу.
Кстати, вот недавно стали говорить, что это действительно был резонанс, но в качестве колебательной системы якобы сработала крышка этого агрегата.
Ну, крышку, допустим, могло сорвать, но чтобы крышка сорвала многотонный агрегат? Как раз вот этих людей я могу понять. Если уж я, обнаруживший это явление, осознавал его в течение нескольких лет, то для них это тем более трудно. Люди в древние времена много времени не могли сообразить, что Земля круглая, и что не вокруг нее крутится Мир, а она вокруг него? Наверное, всё дело в первичных установках сознания.
Можем ли мы допустить, что в земной толще залегают колебательные системы?
Так ведь тогда рушится основа самого главного геофизического метода – сейсморазведки. Сейсморазведка базируется на уверенности в том, что земная толща представляет собой совокупность отражающих границ. А если это не так, и земная толща представляет собой совокупность колебательных систем, то импульса, который излучается в точке ударного воздействия, просто не существует. Он в этой самой точке должен преобразоваться в совокупность колебательных процессов. Далее, распространяться этот отклик будет не во все стороны, а исключительно в направлениях, соответствующих плоскостям напластования. И стало быть, эхо-сигнал, если таковой возникает, то приходит он не снизу, а сбоку, распространяясь опять же вдоль напластования.
Но простите, существует же то, что вы называете традиционной сейсморазведкой. История сейсморазведки насчитывает уже больше века, над ней работает масса ученых, крупнейших математиков, геофизиков не только в странах СНГ, а и во всем мире. Может быть, вы просто не в курсе их достижений? Ну не может же быть, чтобы они проглядели столь значительные вещи, о которых вы рассказываете! Я стараюсь обходить эти моменты. Но раз уж они возникли, то давайте по порядку.
1. Математика.
Математика действительно является основой сейсморазведки. Но правильно ли это? Основой любого исследовательского метода должен быть реальный физический эффект.
Скажем, электроразведка основана на экспериментально проверенной зависимости между электрическими характеристиками горных пород и параметрами измеряемого электромагнитного поля. При этом уравнения, описывающие это поле, являются рабочим инструментом, поскольку их аргументы могут быть определены на метрологически приемлемом уровне.
Физического эффекта, который был бы основой сейсморазведки, в природе не существует. Уравнения, используемые в сейсморазведке, к физике отношения не имеют, поскольку ни аргументы, ни граничные условия, необходимые для решения этих уравнений, экспериментально определены быть не могут. Они описывают чисто мысленные модели, и результаты решения этих уравнений иногда не имеют никакого практического значения.
Вы уж меня извините, но я вижу две разновидности применения математики в науке. Первая и главная по объему – это инструмент создания наукообразия. На первом этапе познания какой-то области знания, когда еще не всё понятно и не хватает эмпирики, математика создает как бы наукообразный фон. Затем, когда всё встает на свое место и приходит понимание, эта математика отмирает.
Таких примеров много. Вот году в 60-м, при изучении транзисторов даже в техникумах математическое описание их было запредельным. Теория четырехполюсника – это не для слабонервных. А когда с физикой полупроводников всё стало более или менее понятно, то куда девались эти неподъемные учебники?
И вторая, к сожалению, на практике, отнюдь не главная разновидность математики. Это описание реально существующих физических эффектов и явлений, лежащих в основе данной области знаний. Дело в том, что такой математике в сейсморазведке делать нечего. Если мне кто-нибудь расскажет хотя бы о каком-нибудь физическом эффекте, который лежит в основе сейсморазведки, то я бы очень удивился. Потому что такого эффекта просто не существует.
2. Теория.
Так уж сложилось, что даже грамотные люди иногда воспринимают математизированную гипотезу за теорию. Теория – это ведь, так или иначе, интеллектуальное отражение реальности. Еще Пуассон, в 30-х годах XIX века создавший математическую модель сейсморазведки, которая до сего дня является ее основой, объяснял, что это не теория, а всего лишь формализованная мысленная модель, то есть гипотеза. Он утверждал, что до тех пор, пока не появится возможность экспериментальной проверки идеи сейсморазведки, говорить о теории нельзя. С тех пор прошло почти 200 лет, но экспериментального подтверждения в этой области знания так и нет. Эталона, а стало быть, и датчика поля упругих колебаний так и не существует. А в физике существует закон: «Если некая субстанция не имеет экспериментального подтверждения, то говорить о ней нельзя». Вот я и стараюсь избегать какого-либо упоминания о традиционной сейсморазведке.
Но уж о том, что нефть ищут с помощью сейсморазведки, надеюсь, вы знаете? Ищут – это глагол несовершенного вида. А вот находят – бурением. Я не буду это доказывать, а только приведу такой факт. Ни один сейсморазведчик в Мире не станет делать исследования, не имея априорной информации. Вот задумайтесь, что же это за исследовательский метод, который можно применять только в том случае, если объект уже исследован каким-то другим методом…
Ну хорошо, но какие же преимущества возникают при использовании вашего подхода? Если земная толща по своим свойствам – это совокупность колебательных систем, то нельзя изучать ее как совокупность отражающих границ. А вот что мы даем нового, исходя из такого подхода, то вкратце вот что.
Новый физический эффект обязательно оказывается основой нового исследовательского аппарата, который, в свою очередь, дает принципиально новую информацию. Новый аппарат в данном случае – это спектральная сейсморазведка. Она отличается от традиционной тем, что информацию о геологическом строении получают на основании спектрального состава сейсмосигнала. А новая информация – это, например, возможность картировать зоны тектонических нарушений (ЗТН).
Ну уж про тектонику-то существует столько информации... Да, литературы много. Не знаю, как уж они изучали этот предмет, но ни одного свойства ЗТН, которые мы обнаружили, они не знали. Так, эти зоны разбросаны хаотично и могут иметь самые различные размеры, от единиц метров до километров. Но вот то, что инженерные сооружения, оказавшиеся в этих зонах, неизбежно находятся в состоянии разрушения, до нас никто не знал. Вот это наблюдение позволяет надежно прогнозировать разрушения инженерного сооружения, причем еще до того, как его начали возводить. Такого прогноза точно никогда не было, хотя, по идее, инженерно-геологические изыскания созданы и существуют именно для прогнозирования разрушений инженерных сооружений.
Далее, как оказалось, в ЗТН залегающие в земной толще колебательные системы характеризуются повышенным значением добротности. Чем выше добротность, тем более сокрушительным будет разрушение находящегося там сооружения, оказывающего на грунт динамическое воздействие. До тех пор, пока мы не имели информации о местонахождении ЗТН, неуклонное увеличение аварий на энергетических установках было просто необъяснимым. Ну вот смотрите, за последние 50 лет энергооснащенность в Мире возросла в 10 раз, и в 10 же раз возросли потери от техногенных катастроф. Думаете, случайное совпадение?
Сейчас стало понятным, что поскольку каждая установка, оказавшаяся в ЗТН, обречена на разрушение, то при высокой вероятности попадания установки в ЗТН, рост количества установок чисто арифметически влечет рост количества аварий.
И еще одно свойство ЗТН. В этих зонах проявляется то, что геодезисты называют планетарной пульсацией. Это явление известно давно. Оно заключается в том, что грунт в этих зонах находится в колебательном движении. Период этих колебаний очень велик и может составлять минуты, поэтому глазом это не увидеть. А амплитуда колебаний может достигать колоссальных значений, вплоть до 10см.
Представим себе простейший вариант – половина фундамента инженерного сооружения оказалась на пульсирующем грунте, а половина – на неподвижном. Очевидно, разрушение фундамента в таких условиях неизбежно. А на границе между подвижным и неподвижным грунтом в несущих конструкциях возникают вертикальные и субвертикальные трещины. Сколько таких трещин в стенах домов во всех городах Мира… А вот причина их возникновения до сих пор была неизвестна.
Планетарная пульсация – вообще интереснейшее явление. Происхождение ее, по-видимому, внутрипланетарное или вообще космическое, и очень похоже, что это именно она виновата в формировании ЗТН. Замечено, что в местах, где отсутствуют эти зоны, даже при весьма значительных землетрясениях разрушений нет. Исследования осуществлялись в Гюмри (Ленинакане), где следы землетрясения 88-го года не убраны до сих пор.
Планетарная пульсация является принципиально нестационарным процессом и обычно постоянно изменяет свои параметры. Изменяется ее период и амплитуда. Может оказаться так, что сегодня она есть, а завтра ее нет. А послезавтра она возникает (в том же месте, в ЗТН), но с другой частотой.
Кстати, по данным сейсмологов, землетрясениям предшествуют колебания, амплитуда которых растет и прекращается сейсмотолчком.
Вы хотите сказать, что землетрясения – это резонансные разрушения? Я лишь привел некоторые факты, на которых настаивают сейсмологи. Но в общем, я спорить с этим не буду. Если после сейсмотолчка пульсация не исчезает и период ее не изменяется, то амплитуда колебаний опять начнет свой рост, который завершится следующим толчком. Это явление называют афтершоком. После Спитакского землетрясения афтершоки продолжались больше года.
Понятно, что с увеличением амплитуды пульсации вероятность землетрясения увеличивается. Вот сейчас, в момент нового 2011 года амплитуда пульсации высока, и 2-го января произошло землетрясение в Чили.
Мне кажется, что путь для прогнозирования землетрясений здесь виден невооруженным глазом. Причем представляется, что путь этот должен быть пройден совместно с возможностями и технологиями геоинформатики. Думаю, что без спутниковых технологий при картировании ЗТН и определении параметров пульсации мы не обойдемся.
Каков механизм разрушения инженерных сооружений под воздействием планетарной пульсации? В общем случае, идет как бы раскачка сооружения. При этом болевыми точками являются узлы крепления балок и плита плавающего основания (если имеет место монолитное строительство). Железобетонная плита, частично опирающаяся на пульсирующий грунт, подвергается знакопеременным изгибным напряжениям и, естественно, ломается из-за хрупкости железобетона. Трещины в плавающем основании строители стараются скрыть, и, как следствие, они проявляются трещинами в стенах. А вот падение крыш скрыть труднее. Замечено, что крыши падают, что называется, пачками. Вот очередная «пачка» состоялась в конце декабря 2010г.:
в Бельгии, в рождественскую ночь обрушилась крыша и развалился костел в Лютселюсе, в провинции Лимбург, и в населенном пункте Эталь в провинции Люксембург обрушилась крыша завода по бутылированию родниковой воды площадью 1500 кв. м;
в Калининграде на оптовом продовольственном рынке обрушилась часть крыши, ранения получили три человека;
в Ярославле рухнула ангарная крыша цеха одного из предприятий площадью в 800 кв.м; - 2-го января 2011г. в Австралии, в городе Батхерст обрушилась крыша кинотеатра... Аналогичные всплески крышепадений время от времени возникают всюду на Земле.
Причина такой «дисциплинированности» крыш в том, что интенсивность пульсации изменяется в очень широких пределах и, будучи явлением планетарным, оно изменяется одновременно на всей планете. В моменты большой амплитуды пульсации резко увеличивается количество аварий.
Если инженерное сооружение, оказавшись в ЗТН, раскачивается планетарной пульсацией, но плюс к этому со стороны этого сооружения имеет место еще и динамическое воздействие на грунт, то скорость разрушения его возрастает многократно.
Насколько это воспринимается геологами и геофизиками? Познание бесконечно, и мы с удовольствием рассуждаем об этом, пока это не касается тех областей знания, к которым мы причастны. Восприятие нового – процесс крайне трудный и даже, порой, мучительный. Вот у меня самого ушло несколько лет на то, чтобы осознать мною же самим обнаруженный физический эффект. А как это трудно другим людям… Здесь, в общем-то речь идет о смене парадигмы, об изменении всех взглядов на нашу планету. А как показал известный ученый-методолог Кун, смена парадигмы происходит не быстрее чем смена одного-двух поколений. В конце концов, как историю, так и науку делают люди. И если люди не могут быстро воспринять изменения в научном мировоззрении, то тут ничего не сделаешь. Посмотрите, сколько лет шел переход от геоцентрических представлений к гелиоцентрическим. А ведь здесь, пожалуй, посложнее будет. Ну, думаю, в течение XXI-го века это примут. Что ж, подождем…
Большое спасибо Вам, Адам Григорьевич, за прочитанные лекции. Надеемся на продолжение плодотворного и результативного сотрудничества, желаем успехов в продвижении и популяризации разработанного Вами метода.
Гликман А.Г., Стародубцев А.А., «Еще раз о разрушении инженерных сооружений. Жизнь и безопасность». N1-2, 1999, с. 109 - 115.
Гликман А.Г. «Проблемы экологической безопасности, рожденные недрами земли». Жизнь и безопасность. N1, 1997, с. 198-199.
Анотации:
«Спектральная сейсморазведка» – это новый метод, который призван решить задачи связанные с поисками зон тектонического разрушения, прогноза аварийного состояния сооружений, жилых зданий, дорожного полотна, аварии трубопроводов, выявление плывунов, карстов и является альтернативным традиционным методам сейсморазведки. Он основан на использовании ряда новых, ранее неизвестных физических эффектов и позволяет получать информацию о многих геологических объектах, в первую очередь, это касается тектонических нарушений и их влияния на всю толщу покрывающих их осадочных пород.
«Спектральна сейсморозвідка» - це новий метод, який покликаний вирішити завдання пов'язані з пошуками зон тектонічного руйнування, прогнозу аварійного стану споруд, житлових будівель, дорожнього полотна, аварії трубопроводів, виявлення пливунів, карстів та є альтернативою традиційним методам сейсморозвідки. Він заснований на використанні багатьох нових, раніше невідомих фізичних ефектів і дозволяє отримувати інформацію про геологічні об'єкти, в першу чергу, це стосується тектонічних порушень і їх впливу на покриваючу товщу осадових порід.
"Spectral exploration seismic" is a new method intended to solve the problems associated with the search zones of tectonic fracture, the prediction of emergency state of facilities, buildings, roadways, pipeline accidents, the identification of quicksands and karsts. It is an alternative to traditional methods of prospecting seismology. It is based on a number of new (previously unknown) physical effects. The method makes it possible to learn about many geological features first of all tectonic fractures and their impact on covering sedimentary rocks.
