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

К вопросу о физике землетрясений

(доклад сделал в Армении, в Гюмри, в Институте Геофизики Армянской Акадении Наук на научном семинаре «Проблемы усовершенствования шкалы сейсмической интенсивности»)

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
26 октября 2016, Санкт-Петербург

В предыдущем докладе [1]1 было показано, что как техногенные, так и природные землетрясения представляют собой резонансные разрушения. Основанием для этого служит то, что по акустическим свойствам земная толща представляет собой совокупность колебательных систем.

За прошедшие с того семинара 3 года мне удалось понять природу и происхождение зон тектонических нарушений (ЗТН) и планетарной пульсации [2], в связи с чем я счел целесообразным представить настоящий доклад.

При первом моем спуске в угольную шахту (в 1977-м году) я должен был исследовать звукопроводность кровли угольного пласта с тем, чтобы найти подход к прогнозированию обрушения пород кровли. Этот подход был найден в результате сделанного тогда очень серьезного открытия. Был обнаружен новый, неизвестный раньше тип колебательной системы. При определении частотной характеристики породного слоя выяснилось, что по своим акустическим свойствам он является колебательной системой.

Колебательная система – это объект, который на ударное воздействие реагирует затухающим гармоническим (синусоидальным) процессом. Частота f0 этой синусоиды оказалась связанной с толщиной (мощностью) h породного слоя следующим соотношением:

f0 = 2500 / h или, иначе говоря, h = 2500 / f0     (1)

2500 – коэффициент с размерностью скорости, для всех горных пород отличающийся от этого значения не более, чем на ±10%. Что это за скорость, которая для всех горных пород имеет одинаковое значение – до сих пор не вполне понятно. Но поскольку соотношение (1) позволяет определять размеры залегающих в толще Земли геологических объектов с погрешностью, не превышающей ±10%, то с этим фактом, полученным эмпирическим путем, приходится считаться.

Если в соотношение (1) подставить значение диаметра Земли, равного 12742км, то период собственных колебаний нашей планеты окажется равным 85мин, что соответствует значению, известному всем сейсмологам. Этот факт позволяет утверждать, что по своим акустическим свойствам планета Земля, в целом, является колебательной системой и совокупностью отдельных колебательных систем. Диапазон частот синусоидальных сигналов, возникающих при ударном воздействии на поверхность Земли, определяется диапазоном мощностей геологических объектов, залегающих в зоне удара.

Принцип традиционной, т.н. лучевой сейсморазведки, предполагающей получение эхо-сигналов, требует применение аппаратуры осциллографического типа. В случае спектральной сейсморазведки, рассчитанной на то, что сейсмосигнал образуется суммой спектральных составляющих, аппаратура должна быть типа спектроанализатора.

Возможность получения информации о мощностях геологических структур определяется разрешающей способностью применяемой спектрально-сейсморазведочной аппаратуры и диапазоном частот, регистрируемых этой аппаратурой. Построенная на принципе спектроанализатора аппаратура ССП (спектрально-сейсморазведочного профилирования) позволяет получать глубины от 0,3м до километра. Впрочем, глубинность приходится при работе существенно уменьшать, поскольку в противном случае мы попадаем в диапазон частот планетарной пульсации, что приводит к большим помехам. Наиболее полно физика спектральной сейсморазведки представлена в работе [3].

При прохождении ССП-профиля через ЗТН в момент, когда имеет место планетарная пульсация, амплитуда возникающего сигнала такова, что при минимальной чувствительности аппаратуры и в отсутствии ударного воздействия сигнал, возникающий на мониторе, резко ограничен размерами монитора. Первоначально при возникновении такой картины она воспринималась как свидетельство неисправности аппаратуры. Однако при повторе измерений через сутки в том же месте этого сигнала уже не было, и можно было продолжать измерения.

При воздействии вибрирующим механизмом на колебательную систему, при приближении частоты вибрации к собственной частоте колебательной системы начинается плавное увеличение амплитуды колебаний. Амплитуда эта может увеличиться во столько раз, чему равна добротность Q колебательной системы. Добротность же упругих колебательных систем может иметь значение от 1 до тысяч.

Это мы дали описание явления, которое называется резонансом.

В настоящее время понятие резонанса используется очень часто не по назначению. Здесь надо понимать, что если вы произнесли слово «резонанс», то вы должны быть готовы ответить на вопрос, что именно исполняет роль колебательной системы.

Резонансные разрушения (техногенные землетрясения) происходят на объектах, оказывающих на свою опору (в простейшем случае – на грунт) динамическое (вибрационное) воздействие. Это электростанции всех типов (за исключением солнечных батарей), насосные станции, кузнечно-прессовые цеха, угольные комбайны, железнодорожные пути. И при этом колебательные системы – геологические структуры, залегающие в данном месте в земной толще.

В случае достаточно высокой добротности колебательной системы (в данном случае, роль ее выполняют геологические структуры, над которыми находятся перечисленные объекты) амплитуда вибрации может возрасти настолько, что вибрирующий объект либо проваливается в грунт (чаще всего это происходит с насосными станциями и железнодорожными насыпями), либо срывается со стопоров и разносит машинный зал (как это произошло с Саяно-Шушенской ГЭС).

С техногенными землетрясениями я познакомился в угольных шахтах. Там при работе комбайна может возникать весьма сильный грохот, и если механизмы не остановить, то возможно взрывоподобное разрушение подземной выработки. На участках, где это происходит, шахтеры стараются не выходить на работу.

Общим у природных и техногенных землетрясений является то, что как тем, так и другим предшествует возникновение колебаний грунта и рост их амплитуды.

На конференциях, где обсуждаются проблемы прогнозирования природных землетрясений, я неоднократно слышал, что непосредственно сейсмособытиям предшествуют увеличивающиеся по амплитуде сверхнизкочастотные колебания почвы. При определенных условиях амплитуда этих колебаний увеличивается настолько, что земная толща рвется, и при этом разрушаются находящиеся в этом месте инженерные сооружения. Самопроизвольное увеличение амплитуды колебаний – это признак резонансного явления.

Аппаратурное изучение сверхнизкочастотной пульсации (в дальнейшем названной планетарной пульсацией) было начато, если не ошибаюсь, А.Д.Сашуриным в 1998-м году [4]. С помощью аппаратуры космической геодезии он выяснил, что период этой пульсации – минуты, а амплитуда может даже превышать 10см. Как оказалось, планетарная пульсация имеет место исключительно в пределах зон тектонических нарушений, которые мы исследуем с 1993-го года.

ЗТН обладают целым рядом интереснейших свойств. Мы выявили этот объект с помощью аппаратуры ССП. Самое первое свойство ЗТН, которое мы обнаружили, заключается в том, что если инженерное сооружение оказалось в этой зоне, то оно неизбежно будет разрушаться. Много лет мы искали механизм этого разрушения, но после знакомства с планетарной пульсацией этот механизм стал понятен.

Если представить себе, что часть фундамента инженерного сооружения опирается на неподвижный грунт, а часть – на ЗТН, где грунт пульсирует, то на границе ЗТН возникают знакопеременные изгибные напряжения. Допустим, что фундамент – железобетонный. Этот материал держит колоссальные нагрузки, но совершенно не выдерживает изгибные напряжения.

При этом возникает парадоксальная ситуация. Чем более прочные материалы используются при строительстве сооружения, тем более сокрушительным будет воздействие на него со стороны ЗТН. А точнее, со стороны планетарной пульсации.

Таким образом, механизмом разрушения инженерных сооружений при землетрясениях является увеличение амплитуды планетарной пульсации. И наоборот, если дом находится вне ЗТН, то при любом землетрясении он не разрушится.

Замечено, что при землетрясениях любой силы, и даже в эпицентре, остаются неразрушенными какое-то количество инженерных сооружений. Это происходит в зонах, в которых нет зон тектонических нарушений (ЗТН). Измерения с помощью аппаратуры спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП)2 по периметру храма Ваграмабед (в Гюмри) это подтвердили.

При неизбежности строительства в ЗТН фундамент, наоборот, должен быть податливым и не сопротивляться планетарной пульсации. Особенно это актуально для сейсмоопасных регионов. Как я понимаю, японцы так и поступают. Некоторые элементы фундаментов японских инженерных сооружений содержат резиновые вкладки. И именно этим объясняется низкая аварийность в Японии при землетрясениях.

Вот понять бы еще, откуда берутся ЗТН, а также планетарная пульсация… Ответ на эти вопросы пришел оттуда, где его совершенно не ожидали.

В 1997-м году выяснилось, что если заглубиться в землю в центре ЗТН, то можно получать воду. Занимаясь с тех пор поиском воды, я понял, что возникновение воды на Земле не соответствует утверждениям гидрогеологов, которые утверждают, что вода на землю поступает исключительно в качестве атмосферных осадков. Особую роль в этом противоречии сыграло очень большое количество фонтанирующих скважин и родников. Выход воды в этих источниках носит явно напорный характер, чего в случае поступления воды из осадков быть не может.

Эту задачу удалось решить с помощью гипотезы Ларина [5]. Согласно этой гипотезе, формирование любого космического объекта начинается со сгущения поля протонов, поскольку ничего кроме протонов в космосе просто нет. А протон – это ядро водорода. Следовательно, ядро Земли должно содержать большое количество водорода. При наличии возможности выхода весьма горячего водорода из ядра, он взаимодействует со столь же горячим кислородом, которого в Земле предостаточно, и при этом происходит синтез воды. Если эта вода может просочиться сквозь кору Земли, то мы имеем родник. Такие каналы есть, и это не что иное, как вертикальные структуры, которые на поверхности Земли воспринимаются как ЗТН. И именно поэтому, проникая в центр ЗТН с поверхности Земли колодцем или скважиной, мы получим воду. Причем, именно глубинную, родниковую.

Если в ядре Земли постоянно идут процессы ядерного распада и синтеза, то кора – пассивная часть планеты, единственная роль которой – это термоизоляция ядра от поверхности планеты. Положение коры можно сравнить с одеждой, которую купили ребенку и больше не меняют. Ребенок растет, и одежда становится тесной. Со временем, она начнет разрываться.

Первоначально, в начале остывания Земли зоны тектонических нарушений не существовали, и возрастающее в результате ядерного синтеза в ядре Земли давление и температура достигли таких значений, что начали происходить разрывы коры. В эти разрывы устремился материал ядра Земли, и образовались горы. Кроме того, в эти разрывы устремилась синтезированная в околоядерном пространстве вода и образовались моря и океаны. Это способствовало раздвижению отдельных участков суши, которое продолжается и по сей день. Как доказали геологи, материки постоянно «разбегаются», удаляются друг от друга.

Два процесса сосуществуют на Земле – разбегание материков и поступление синтезированной воды. В зависимости от соотношения интенсивностей этих двух процессов, уровень мирового океана то повышается, то понижается. Когда повышается, ученые обещают затопление Великобритании, когда понижается, те же ученые обещают дефицит воды на Земле.

Кстати, о дефиците воды на Земле. За те почти уже 20 лет, что мы занимаемся поиском воды, мы поняли, что на Земле нет безводных мест. На Земле нет мест, где бы не было ЗТН, а почти все эти зоны могли бы служить точками водопритока.

Родники возникают в тех случаях, когда в ЗТН отсутствуют слои глины (водоупоры).

Так, на Кипре, который считается совершенно безводным, на самом высоком его месте бьет родник. То же и в Казахстане, высоко в горах, намного выше Медео, с невероятной силой бьет родник.

Если набрать на поисковике «подземные озера в пустынях», мы увидим массу случаев, когда в результате бурения в безводных пустынях в поисках нефти были найдены колоссальные запасы воды. Не понимая того, что это они случайно попали в ЗТН, ученые утверждают, что найдено подземное озеро.

А тем временем, ядро Земли постоянно стремится к расширению, давление внутри него увеличивается, и это способствует продолжениям разрывов коры. Разрывы коры способствуют увеличению количества ЗТН и увеличению размеров уже существующих ЗТН. Каждый случай разрыва коры воспринимается нами как очередное возникновение планетарной пульсации в той ЗТН, в которой произошел разрыв коры. Существование планетарной пульсации длится примерно сутки, после чего она прекращается, до следующего разрыва коры.

Бывают периоды, когда разрывы коры происходят чаще, бывает, когда реже. Изменение этого ритма, как оказалось, происходит примерно в одно и то же время на всей Земле. Известно такое явление, как обрушение крыш домов и этажных перекрытий. Если набрать это явление на поисковике, то вы увидите, что оно происходит на Земле в разных регионах более или менее одновременно. В 2006-м году, например, в течение двух-трех месяцев падали крыши практически на всей Земле. Падают крыши, а также проваливаются этажи в домах из-за их длительной раскачки. Если акты планетарной пульсации становятся более длительными, то увеличивается амплитуда раскачки инженерного сооружения, балки выходят из зацепления, и происходит обрушение крыши или перекрытия. Это зависит от конструкции дома.

Чаще всего акт планетарной пульсации происходит как один всплеск. Но бывает так, что в результате увеличивающегося давления разрывается не одна ЗТН, а несколько соседних. Тогда длительность пульсации увеличивается, и если частота пульсации оказывается близкой к собственной частоте колебательной системы, залегающей в земной толще в данной конкретной зоне, то может возникнуть резонансное явление, которое воспринимается как землетрясение.

В принципе, все эти явления и процессы – они несложные. Их вполне можно изучать, но для этого необходима метрологическая база. Нужны сейсмоприемники, способные регистрировать сверхнизкие частоты планетарной пульсации, нужны измерительные пункты, находящиеся в пределах различных ЗТН. Думаю, что при разработке методики прогнозирования природных землетрясений в первую очередь следовало бы создавать карты местонахождения наиболее значительных ЗТН. Это всё реальная работа, которая может иметь метрологическое обоснование. Эта работа обязательно позволит обнаруживать новые, ранее неизвестные эффекты.

Меня удивляет, что люди, занимающиеся физикой и регистрацией природных землетрясений, оперируют явлениями и эффектами, которые если и существуют, то только в их воображении. Так, считается, что развитие землетрясений заключается в подвижках тектонических плит. Но почему-то никого не беспокоит, что эти самые плиты и их движение не могут быть обнаружены ничем. Считается, что информацию об этом может дать сейсморазведка. Но, увы, как стало известно, сейсморазведка не может дать в принципе никакой информации, и это уже давно не секрет.

Или еще один подход. Объяснение землетрясения повышенным напряженным состоянием горного массива. Но ни горное давление, ни напряженное состояние (что одно и то же) не могут быть определены, поскольку не существует датчиков этих субстанций...

Человеческое общество так устроено, что рано или поздно оно научится прогнозировать природные землетрясения. Но для этого придется изучать свойства нашей планеты. И поскольку уж так получилось, что по акустическим характеристикам она является совокупностью колебательных систем, то именно под таким углом зрения ее и придется изучать.

Литература

  1. Гликман А.Г. Физика техногенных и природных землетрясений. 2013
  2. Гликман А.Г. О происхождении зон тектонических нарушений и планетарной пульсации 2015
  3. Гликман А.Г. Основы спектральной сейсморазведки. LAP LAMBERT Academic Publishing (2013-12-29 ) 232с.;
  4. Сашурин А.Д. "Современная геодинамика и техногенные катастрофы." Сб. докладов международной конференции "Геомеханика в горном деле - 2002" Екатеринбург, Игд УрО РАН 19-21 ноября 2002 г,
  5. Ларин В.Н. Гипотеза изначально гидридной Земли. 2-е изд., перераб. и доп.. - М., Недра. 1980, 216 с., табл., илл. Библиогр. 256 назв.

  1. Доклад сделан на 1-й научной конференции молодых ученых по современным задачам геофизики, инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства 12-16 мая 2013 в Цахкадзори (Армения)
  2. Комплект аппаратуры ССП имеется в Гюмри, в ИГИС НАН РА


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"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: