Сейсморазведка
(краткий курс)

Адам Григорьевич Гликман,
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
11 мая 2021, Санкт-Петербург

Содержание

1. Предисловие

2. Этапы большого пути сейсморазведки

3. Первые акустические измерения

4. Акустические свойства породных слоев-резонаторов

5. Кинематические характеристики поля упругих колебаний

6. Феномен резонаторов-нерезонаторов

6а. Первая проверка

6b. Вторая проверка

7. О водяных слоях-резонаторах

8. На пути от лучевой сейсморазведки к спектральной

9. О прогнозировании обрушения горных пород угольного пласта

10. Знакомство с зонами Ларина

11. О воде на Земле

12. О природе мелкослоистости в ZL

13. О прогнозировании обрушения кровли угольного пласта при работе с поверхности

14. О сейсмоприемниках

15. Оптимистическое

До того, как что-то было, ничего не было

1. Предисловие

Из всех геофизических методов сейсморазведка считается самым простым и логичным методом,  и поэтому является самым применяемым. И действительно, в соответствии со взглядами современных ученых, если нанести удар (или взрыв) на поверхности земной толщи, то возникший в результате такого воздействия поток акустической энергии должен устремиться строго вниз и при этом частично отражаться от геологических объектов, находящихся там. А частично - проходить сквозь них.

Сейсморазведка - это геофизический метод поисков геологических объектов с помощью упругих колебаний - сейсмических волн. Иначе говоря, с помощью акустики.

Акустика - наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением и распространением (см. интернет).

Любой исследовательский метод должен иметь в своей основе физический эффект, с помощью которого можно продемонстрировать принцип действия этого метода. Демонстрация студентам этого физического эффекта должна осуществляться при выполнении лабораторных работ.

В 1973 году я получил диплом радиоинженера, и тогда же мне было поручено читать курс шахтной геофизики студентам 5-го курса ЛГИ.

Единственный геофизический метод, пригодный для использования в шахтах - это сейсморазведка, и я начал в срочном порядке готовиться к чтению лекций.

Однако при подготовке к чтению лекций оказалось, что:

1. Ни в Ленинградском Горном институте (ЛГИ), ни в каком-либо другом учебном заведении, ни в нашей стране, ни за рубежом нет ни одной лабораторной работы по сейсморазведке;
2. Не известен такой подтверждаемый экспериментом физический эффект, который мог бы служить основой для сейсморазведки.
3. Акустика - это раздел физики. Читать курс физики без лабораторных работ невозможно.

Для того чтобы понять, что мне делать в смысле чтения лекций, я отправился во ВНИИ Метрологии им. Менделеева. В результате общения с учеными этого института я узнал следующее:

Измерения в акустике, как и в любой другой области физики - это сравнение с эталоном. Так, в электротехнике существуют вольтметры и амперметры, которые являются эталонами, и поэтому электротехника входит в компетенцию метрологов.

Акустика не имеет своих эталонов, и поэтому не входит в компетенцию метрологов.

За 120 лет существования сейсморазведки было всего лишь два случая получения информации о возможных положительных результатах применения сейсморазведки. Первый источник информации - Андрия Мохоровичич, профессор Загребского университета. Он в 1909 году опубликовал результаты, якобы полученные им лично с помощью его собственного оборудования. Как оказалось в дальнейшем, подобные результаты в принципе получить невозможно даже сейчас. Очень рекомендую прочесть «научные» выводы Мохоровичича в Интернете. Это полезно, чтобы ознакомиться с возможностями фантазии.

2. Этапы большого пути сейсморазведки

К 1960 году стала появляться информация о том, что сейсморазведка не является самостоятельным источником информации. Но было много геофизиков, которые утверждали обратное. Второй случай, который пытались использовать для доказательства эффективности сейсморазведки, был получен при реализации международного проекта «Кольская Сверхглубокая». Задача этого проекта заключалась в том, чтобы выяснить истинное положение вещей с сейсморазведкой. Этот проект со стороны СССР курировал ЛГИ в лице Литвиненко Игоря Васильевича, зав. кафедрой геофизики ЛГИ. При исполнении проекта «Кольская Сверхглубокая» между участниками была договоренность о том, чтобы перед началом бурения осуществить сейсморазведочные работы, а результаты этих работ убрать в сейф. А после окончания бурения предполагалось осуществить сравнение результатов бурения с результатами сейсморазведки.

Бурение скважины продолжалось 10 лет - от 1960-го до 1970-й года. Когда буровой инструмент достиг глубины 13 с лишним километров, трос лопнул, и участники проекта приступили к сравнительному анализу результатов сейсморазведки с результатами бурения.

Первоначально сравнительный анализ сейсморазведки с бурением показал, что между ними вообще нет ничего общего. Более подробное изучение показало, что первые 300 метров скважины были абсолютно идентичны при использовании этих двух методов исследования.

На больших глубинах - опять ничего общего.

При исследовании документов бурения и сейсморазведки было обнаружено, что сейсморазведка была сделана после того как буровой инструмент достиг 300м...

Кто именно забрался в кернохранилище и позаимствовал информацию о строении кернов, не имеет значения, но то, что это произошло с ведома Литвиненко - было доказано.

Несколько дней продолжалось совещание участников этого проекта. Ситуация сложилась непростая. То есть фактически оказалось доказанным, что сейсморазведка не является источником информации о строении земной толщи. Но терять такую кормушку было обидно. Наконец, решение было принято - «информацию, полученную в результате исполнения международного проекта «Кольская Сверхглубокая» ЗАСЕКРЕТИТЬ!

А от кого засекретить? Да от того, кто оплачивает сейсмоработы.

И так вот по-прежнему существует так называемая лучевая сейсморазведка. Выполняются сейсмоработы только в том случае, если в заданном месте уже пробурена скважина, а паспорт этой скважины передан геофизикам-сейсморазведчикам.

Мы многократно пытались заказать сейсморазведочные работы. Но поскольку у нас не было бурения, эти заказы у нас не приняли.

Поэтому, если браться за чтение лекций по акустике вообще и по сейсморазведке в частности, нужно было быть готовым к тому, что придется читать предмет с нуля. (см. эпиграф).  И так и получилось. Но на это ушли годы.

Я сразу пошел на кафедру геофизики и попросил заведующего кафедрой  Литвиненко И.В. показать мне лабораторные работы по сейсморазведке. На эту просьбу Игорь Васильевич ответил мне, что таких лабораторных работ нет и быть не может, потому что сейсморазведка - это настолько простой и очевидный метод, что не нуждается в проверке.

От кафедры геофизики до моего места работы - минут 10 неторопливой ходьбы. За эти 10 минут Игорь Васильевич успел позвонить на кафедру радиоэлектроники, в ректорат, в партком с настоятельной просьбой отстранить меня от преподавания курса шахтной геофизики. Но это в принципе возможно только если преподаватель либо умер, либо что-то близкое к этому. Но не мог же он признаться в том, что боится того, что я пойму о его маленьких хитростях на Кольской сверхглубокой...

Как я понял потом, нервное отношение к моей просьбе со стороны зав. кафедрой геофизики действительно объяснялось «сложной» ситуацией на Кольской Сверхглубокой.

Так сложилось, что в это время я должен был готовиться к сдаче экзамена на кандидатский минимум по философии, и судьбе было угодно, чтобы мне в рамках этой подготовки дали задание написать реферат по теме «методология развития научного познания». Это было удивительное совпадение со сложившейся у меня ситуацией, так как без знакомства с этим предметом у меня точно ничего бы не получилось в сейсморазведке.

Как руководство к действию мне понадобились в дальнейшем, а также на всю оставшуюся жизнь следующие четыре закона из методологии:

1. В основе любого исследовательского метода должен быть конкретный, реальный физический эффект, с которым можно ознакомиться в результате экспериментальных исследований;
2. Не существует таких утверждений, которые бы не требовали экспериментального доказательства, так как недоказанная экспериментально очевидность - это путь в тупик;
3. 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,
4. Существует только то, что можно померить.

Если приложить эти законы к сейсморазведке на тот момент, то было очевидно, что предмета этого тогда просто не существовало. А что было на его месте? Это была совокупность очевидностей, не подтвержденных экспериментально.

Казалось очевидным, что скорость распространения поля упругих колебаний в однородных, твердых, монолитных, нетрещиноватых материалах (типа, скажем, оргстекла, стекла) во всех направлениях одинакова. Кроме того, очевидным считалось, что при ударном воздействии на твердую (например, земную) поверхность исходное воздействие преобразуется в поток акустического поля, которое распространяется в направлении, нормальном (перпендикулярном) к поверхности, и по мере прохождения через залегающие в земле объекты, частично проходит через них, а частично отражается от них по законам зеркального отражения.

Далее, представлялось очевидным, что существует зависимость между уровнем нарушенности горных пород и величиной затухания звука, распространяющегося в них. «Чем больше нарушенность, тем больше затухание». Предполагалось также, что чем выше частота поля упругих колебаний, тем больше затухание поля. В связи с этим верхняя частота сейсмостанций составляет 1кГц. Предполагалось, что более высокие частоты просто не пройдут через горные породы.

Как оказалось в дальнейшем, экспериментальные исследования поля упругих колебаний в горных породах вовсе никогда и нигде не осуществлялись. А когда они были произведены, то не подтвердили ни одну из приведенных очевидностей.

Тогда как раз кафедра радиоэлектроники, на которой я до этого работал, была расформирована, и меня перевели на кафедру разработки пластовых месторождений (РПМ). Так называют месторождения угля, который в большинстве случаев залегает в Земле пластами. И насущной проблемой тогда была разработка метода прогнозирования аварий на шахтах, а конкретно - обрушения пород кровли угольного пласта.

Аварии на шахтах, как правило, связанные с гибелью людей происходят на Земле практически каждый день, и на каждом предприятии горняцкого направления обязательно существует группа научных сотрудников, которые работают над проблемой прогнозирования аварий. Но к тому времени совершенно безрезультатно.

Включившись в эту тему, я 16 лет занимался шахтными измерениями, и понял, что сравнить внезапное обрушение пород кровли по впечатлению и ощущениям можно было бы с ощущением мухи, которую убивают мухобойкой. Так же внезапно и без предупреждения происходит обрушение пород кровли.  Ну, казалось бы, о каком прогнозировании здесь может идти речь?

К этой теме меня привлек заведующий лабораторией на кафедре РПМ Овчаренко Борис Петрович. Он предложил гипотезу физики обрушения пород кровли. По его представлениям, вероятность обрушения определяется уровнем разрушения пород кровли. А вот этот уровень может быть определен с помощью измерения поля упругих колебаний. То есть путем акустических измерений.

3. Первые акустические измерения

Меня сразу очень удивило то, что как в научной, так и в учебной литературе по сейсморазведке не удалось найти никаких упоминаний о каких-либо акустических измерениях.

Наша схема и принцип этих измерений в шахтах сводились к тому, что в произвольно выбранном месте подземной выработки следовало прижать к кровле излучатель поля упругих колебаний, а на некотором расстоянии от него прижать к кровле приемник поля упругих колебаний, и при постоянной амплитуде излучаемого поля измерялся уровень принимаемого поля. Предполагалось, что расстояние от излучателя до приемника будет составлять от трех до пяти метров.

Для того, чтобы изучать прохождение поля на разных частотах, был сделан прибор в шахтном исполнении, известный как звуковой генератор (см. определение в интернете), электрическое напряжение от которого поступало на излучатель, сделанный на основе пьезокерамики. Весь частотный диапазон - от 20 Гц до 20 кГц генератора был поделен на 50 частей, и на каждой из частот f сигнал поступал на излучатель. Приемник акустического поля также был сделан на основе пьезокерамики, и принимаемый им сигнал поступал на усилитель, а значения амплитуды записывались в журнал наблюдений.

Не было никаких сомнений, что характер зависимости амплитуды сигнала I от частоты f  , то есть, частотный спектр будет иметь вид, подобный изображенному на рис.1, график а.

Рис. 1

Велико было мое удивление, когда оказалось, что частотный спектр имеет вид, геометрически подобный графику b. Это удивление было вызвано тем, что частотный спектр, подобный графику b , является спектральным изображением синусоидального затухающего сигнала. И понять это мог только человек, имеющий радиотехническое образование. Этот материал нам читали в курсе ТОР - теоретических основ радиотехники.

Согласно этому курсу, периодический (синусоидальный затухающий) сигнал может возникнуть только при одном условии - при наличии колебательной системы (резонатора), и он может быть  изображен в двух видах - в спектральном и во временном. На рис. 2 показан затухающий синусоидальный сигнал, показанный в этих двух видах.

На рис.2а затухающий синусоидальный сигнал  показан на временной оси, а на рис.2b - тот же сигнал - на частотной оси.

Рис. 2

Здесь Q - добротность. Она определяет максимальную амплитуду сигнала при резонансных явлениях.

Сигналы а и b являются как бы синонимами. Это изображения одного и того же сигнала. а - во временном аспекте (на временной оси). И b - в спектральном аспекте (на спектральной (частотной) оси). Сигнал в виде а можно увидеть с помощью осциллографа, а тот же сигнал можно увидеть в виде b - с помощью прибора, имеющего название спектроанализатора.

Резонатором в радиотехнике, в электротехнике является L-C колебательный контур, который представляет собой схему, содержащую катушку индуктивности L и конденсатор C. Собственная частота колебательного контура f₀ определяется следующим соотношением:

T = 2 π √(LC)

Т = 1 / f₀

Ось h, направленная в противоположном направлении оси f - это толщина породного слоя, по которому нанесен удар. Чем больше толщина породного слоя h, тем меньше значение частоты f сигнала, возникающего при ударном воздействии на него.

При любых исследованиях большую, и часто решающую роль играет простое везение. По данным

Осуществляя наши исследования, мы (с БП) не знали про строение пород кровли абсолютно ничего. На наше счастье, технологом на этой шахте был старинный друг БП, у которого была информация о строении угленосной толщи в точке нашего исследования.

По данным, которые сообщил нам технолог, мощность (толщина) породного слоя составляла 2,5 метров. Частота сигнала f₀, согласно рис. 1, была равна 1кГц.

Но общеизвестная зависимость в физике, связывающая скорость распространения волнового процесса V с собственной частотой сигнала f₀ и длиной волны λ  имеет следующий вид: 

λ = V/ f₀

Часто возникает вопрос, почему речь идет именно о синусоидальном сигнале. Дело в том, синусоида является элементарным информационным кирпичиком, и проще ее сигнала не существует. Если взять производную от синусоиды, получим косинусоиду, а если взять производную от косинусоиды, то получим минус синусоиду, и так далее. То есть синусоида не может быть разложена на более простые сигналы, поскольку более простых сигналов, чем синусоида, не существует.

Как обнаружил выдающийся математик, лорд Кельвин за 100 лет до нашего измерения, если реакция на ударное воздействие имеет вид затухающей синусоиды, значит, мы ударили по колебательной системе. Ну, а то, что он имел в виду в качестве удара электрический импульс, а мы - механический удар - не имеет значения.

Свойства колебательной системы имеет маятник, струна, электрический колебательный L-C контур и вот, как оказалось, породный слой. Далее, если мы ударили по породному слою и получили затухающую синусоиду, имеющую частоту f, значит, толщина породного слоя имеет величину h, равную V/2f . Здесь V - скорость распространения поля упругих колебаний вдоль породного слоя, которая, как оказалось, для всех горных пород равна примерно 5000м/с. И, следовательно, если нанести по породному слою-резонатору удар, то, определяя частоту возникающего при этом сигнала, можно определить толщину, мощность (геологический термин) породного слоя-резонатора h как

h = 2 500 / f(1)

Это был очень богатый на открытия период в моей жизни. Во-первых, было обнаружено, что объекты из горных пород являются резонаторами и земная толща по акустическим свойствам является не совокупностью отражающих границ, а совокупностью колебательных систем. Во-вторых, скорость распространения собственных упругих колебаний вдоль породного слоя-резонатора равна 2500м/с, что оказалось справедливым для всех горных пород.

Ну, и потом, мы получили соотношение (1), позволяющее без бурения, по одному только значению частоты сигнала, возникающего при ударе, получать значение толщины (мощности) породного слоя. Это если у нас есть измеритель частоты. А если у нас есть спектроанализатор (что сейчас совершенно не является проблемой), то мы получим толщины нескольких слоев. Это очень важная информация для горной науки и практики.

По сути, то, что я уже изложил здесь, является первыми акустическими измерениями. Правда, чтобы во всем этом разобраться, понадобилось несколько лет.

И кстати, если вы посмотрите в любой справочник по физическим свойствам горных пород, то вы увидите, что скорости распространения поля упругих колебаний в различных горных породах очень различаются. Для меня это долго оставалось загадкой. Почему тексты, табличные значения, мнения (которые зачастую являются ошибочными) у различных авторов совпадают?

Если школьники или студенты списывают друг с друга, то их наказывают. А большие ученые могут спокойно сдувать друг с друга! Они что, доверяют собственным исследованиям, измерениям меньше, чем исследованиям известных ученых? Мы все одинаковы, используем одинаковую аппаратуру, и все можем ошибаться, а некоторые из них (из нас) по некоторым мотивам могут и умышленно фальсифицировать данные.

Никто не верил моим результатам и выводам. Считалось, что если на некоторых месторождениях я даю какие-то значения скорости правильно, то на других всё не так. Нашим заказчиком тогда было Министерство угольной промышленности, и я получил от них задание на проверку моих данных и на других месторождениях. На это дали мне 3 года, и в течение этого времени я объездил со своими измерениями угольные месторождения Украинского и Российского Донбасса, Ленинградского бассейна горючих сланцев, Караганды, Воркуту, Владивосток и Сахалин. И всюду было полное совпадение полученных результатов измерений с тем, что у меня написано.

Это полностью удовлетворило заказчика, но при этом мне было сказано, что, в соответствии с существующими традициями, всеобщее признание мои измерения получат не раньше, чем через 100 лет. Ну, а мне торопиться было некуда. Потому что моя генеральная задача заключалась в разработке методики прогнозирования обрушения горных пород кровли угольного пласта. А всё остальное - это всего лишь подспорье для решения главной задачи.

Но при этом был обнаружен еще один неизвестный ранее физический эффект. Он заключается в том, что если в образце горной породы скорость звука, определяемая по моменту первого вступления, равна 5000м/с, то при точно таком же определении скорости в той же породе в ее естественном залегании измеряемая скорость окажется равной 2500м/с.

На выяснение этого парадокса у меня ушло еще несколько лет.

При этом обнаружилась еще одна интересная вещь. Оказалось, что объекты не из всех твердых сред являются резонаторами. Так, если стеклянные объекты являются резонаторами, то объекты из оргстекла резонаторами не являются.

Ну, ведь это же по жизни очень просто. Если ударить по стеклянной посуде, скажем, деревянным карандашом, то мы услышим звон (ноту), а если сделать то же самое с пластмассовой посудой, услышим просто удар, единичный импульс. Но вот как это объяснить...

4. Акустические свойства породных слоев-резонаторов

В случае удара по единичному породному слою-резонатору в нем возникает затухающий синусоидальный сигнал, который распространяется вдоль этого слоя во все возможные стороны. Но, на самом деле, единичный породный слой-резонатор встречается крайне редко.

В кровле горизонтально залегающего угольного пласта породный слой единичен, когда уголь только что извлекли, нижний породный слой незначительно опустился, а вышележащий многослойный массив еще не начал опускаться. Через некоторое время породный слой, залегающий над непосредственной кровлей тоже опустится, и два нижних слоя прижмутся друг к другу. Затем к ним присоединятся следующие опускающиеся слои.

В почве, при работе сверху вниз породный слой просто никогда не бывает единичным.

На рис.3  показана схема породных слоев-резонаторов.

Рис. 3

При ударном воздействии на земную поверхность в случае разреза, показанного  на рис.3, возбуждаются все породные слои, залегающие в земной толще. Но обнаружить колебательные процессы, возникающие при этом, можно только в тех слоях-резонаторах, которые касаются дневной поверхности. И, естественно, находящегося в точке контакта приемника упругих колебаний.

То есть в точке контакта мы получим сигналы породных слоев h₁, h₁₂, h₁₂₃. Сигналы слоев h₂, h₃, h₂₃, тоже существуют, но поскольку эти слои не касаются поверхности, то с помощью приемника, находящегося на поверхности, мы об этом не узнаем.

Дело в том, что поле упругих колебаний, оказавшееся в слое-резонаторе, распространяется вдоль этого слоя во всех возможных направлениях, но не выходит за его пределы. Каждый из идущих вдоль слоя сигналов - синусоидальный затухающий, и частота их связана с конкретными толщинами породных слоев в соответствии с выражением (1).

5. Кинематические характеристики поля упругих колебаний

Кинематические характеристики поля - это наука о скорости его распространения.

Скорости - это единственное что можно в акустике померить. Но и здесь существует множество непонятностей и неопределенностей. Вы могли заметить в одном из предыдущих параграфов сбой логики. С одной стороны, скорость распространения поля упругих колебаний может быть 5000м/с, а может - 2500м/с. Для того, чтобы в этом разобраться, проделаем измерения скорости на самых, наверное, однородных материалах - на двух примерно одинаковых образцах. Один образец из оргстекла, а другой - из стекла.

На рис.4 показан такой образец.

Рис. 4

Измеряем скорость распространения поля в образце из стекла и из оргстекла в трех направлениях  -  X,Y,Z. Для этого пьезокерамические преобразователи p-c прижимаем попарно (через смазку) к соответствующим плоскостям.

Взяв образец из оргстекла (самого популярного при лабораторном моделировании материала) размером 2Х5Х6см, можно померить скорости в трех направлениях. При этом получим одинаковую скорость. Она равна примерно 2600 м/с, то есть близка к табличному значению.

Ну что же, это хорошо, что измерения дают результаты, соответствующие общепринятой очевидности.

Но когда я планировал эту лабораторную работу, я понимал, что какие бы результаты ни получались, они должны проверяться на всех группах твердых сред - на горных породах, на металлах, на стекле... И поэтому я заказал институтским камнерезам примерно одинаковые (по размерам такие, как из оргстекла на рис.4) пластины из основных горных пород - из песчаника, известняка, алевролита, аргиллита и из стекла.

Я был уверен, что ничего радикально нового я не получу, но, как и любой эксперимент, эти исследования должны были быть выполнены до конца.

И ведь не зря методологи придают такое большое значение экспериментальным исследованиям. Эти результаты совершенно неожиданно могут оказаться такими, что вызовут резкий скачок в познании предмета.

То, что у меня получилось в данном случае, вызвало резкий скачок, правда, не в познании, а в моем непонимании.

Скорость распространения при поперечном прозвучивании образцов горных пород в виде пластин (в направлении Z) оказалась примерно одинаковой для всех образцов горных пород, что само по себе странно. Ведь в справочниках утверждается, что различные горные породы имеют существенно неодинаковые значения скорости распространения поля упругих колебаний. На самом деле, скорость эта оказалась во всех горных породах равной примерно 5000м/с.

Скорости в направлениях x и у в горных породах оказались равными примерно половине от этой скорости - 2500м/с.

В стеклянном образце оказалась та же история. В направлении  Z скорость равна примерно 5600м/с. Скорости в направлениях x и у оказались равными примерно 2800м/с.

В справочниках можно встретить информацию о таком вот различии скорости в различных направлениях при прозвучивании образца. Но там обычно указывается на то, что причина в различии скоростей у различных типов упругих колебаний - продольных и поперечных.

Это очень важная проблема - наличие разных типов упругих колебаний. Начал эту тему еще Пуассон, когда он предложил свои уравнения в качестве исследовательского аппарата поля упругих колебаний.  Но тогда же он заметил, что пока наличие различных типов упругих колебаний экспериментально не подтверждается, к ним нельзя относиться как к реальному фактору. Однако ученые после смерти Пуассона забыли об этом его замечании, и сейчас мы имеем множество чисто виртуальных типов упругих колебаний, которые применяются исключительно для того, чтобы подогнать под нужный ответ различные задачи.

Сейчас, в результате изучения объектов-резонаторов удалось выявить причины различия значений скоростей в различных направлениях.

6. Феномен резонаторов-нерезонаторов

Как оказалось, не из всех твердых материалов слои являются резонаторами. Слои-резонаторы реагируют на удар затухающей синусоидой, и в таком случае с помощью соотношения (1) можно определять толщину объектов из горных пород, и получать информацию, необходимую для прогнозирования обрушения пород кровли.

Как было определено в лаборатории ЛГИ, пластины из стекла, многих металлов и сплавов, всех горных пород, изо льда являются резонаторами, а из оргстекла - нет. Объекты из оргстекла и ряда пластмасс резонаторами не являются. Почему - непонятно. Но ясно было одно. До тех пор, пока мы не выясним физику этого явления, аппаратуру для прогнозирования обрушения пород кровли отдавать геологам нельзя. Потому что если вдруг какой-то породный слой-резонатор превратится в нерезонатор... об этом даже подумать было страшно.

Лет 5 я мучился с этой проблемой. Ясно было, что для того, чтобы объект проявил свойство резонатора, материал объекта должен иметь в пределах объекта-резонатора какую-то неоднородность. Я сделал установку для определения плотности материалов слоев-резонаторов и слоев-нерезонаторов в различных их точках, но это ничего не дало. Плотность оказалась одинаковой во всех точках образцов.

Единственно что мне осталось - это предположить, что скорость распространения поля упругих колебаний в слоях-резонаторах неодинакова в разных точках. Я предположил, что при сквозном прозвучивании скорость распространения поля может изменяться. Ну, как изменяться... Может быть, вблизи с границами скорость будет уменьшаться.?.  Понимая, что этого не может быть, я всё же решил проверить эту гипотезу. Потому что любая гипотеза должна быть проверена.

Мои коллеги, которым я рассказал эту гипотезу, решили, что у меня с головой неладно. Но я приступил к решению этой задачи.

6а. Первая проверка

Я взял стальной пруток диаметром 6см, и на токарном станке отрезал от него три пластины. Их толщины были примерно 3, 6 и 9 мм. Я соблюдал плоско-параллельность плоскостей этих трех пластин со всевозможной тщательностью. И даже обработал их на прецизионном плоско-шлифовальном станке.

К этому измерению я шел несколько лет, и так волновался, что когда подошел момент истины, то не смог по этой причине сам померить скорость распространения поля упругих колебаний при прозвучивании этих пластин. Я попросил это сделать двоих моих помощников, а сам пошел в Эрмитаж. У меня был такой метод психотерапии. Погуляв пару часов по Эрмитажу, я часам к пяти вернулся в ЛГИ.

Когда я вернулся, мои помощники сидели над аппаратурой для ультразвукового измерения скорости звука, и рядом с ними лежали эти три пластины.  Очень странно. Чтобы выполнить эту работу, нужно было не более 5 минут. Что же они делали целый день?!

А они набросились на меня с вопросом, где я взял эти пластины. У них скорости были разные! Я спросил: у самой тонкой пластины скорость меньше всех? - Откуда вы это знаете? - заорали они. Ну, я же вам об этом говорил?!

Но люди могут прореагировать на информацию только в том случае, если они ее понимают. Эта же моя гипотеза показалась им настолько дикой, что они ничего не поняли и, естественно, сразу всё забыли.

Да, действительно, с увеличением толщины пластины средняя скорость звука в ней возрастала.

После этого я уменьшил погрешность измерений и заказал несколько образцов из стекла, из оргстекла и из различных металлов и горных пород специалистам очень высокого класса. И то, что из этого получилось, показано в таблице табл.1.

Таблица 1

­ Материал пластин	Толщина h (мм)	Скорость Vср (м/с)
Оргстекло	3	2780
Оргстекло	4	2800
Оргстекло	5	2790
Оргстекло	6	2810
Оргстекло	7	2800
Стекло	2	5260
Стекло	4	5450
Стекло	6	5580
Стекло	8	5620
Стекло	10	5680

 

Скорость звука в оргстекле при изменении толщины пластины изменяется, но изменяется бессистемно. Возможно, из-за не очень точного изготовления этих пластин. А в стекле скорость явно растет с увеличением толщины пластин. Так же растет скорость с толщиной в металлах и сплавах, а также в горных породах. То есть, в тех материалах, пластины из которых являются резонаторами.

К сожалению, моя коллекция из пластин разной толщины из горных пород и металлов исчезла при нашем увольнении из ЛГИ, а сделать новую оказалось непросто. Но если кто-то заинтересуется этим феноменом, то может и сам изготовить образцы и померить в них скорости звука. А я размещу этот материал на моем сайте с указанием автора измерений.

Измерение скорости звука методом регистрации момента первого вступления в пластинах является измерением средней по толщине пластины скорости звука. Мы измеряем временной интервал Δt между моментом импульса возбуждения пьезокерамического  излучателя и первым вступлением сигнала, прошедшего через пластину-резонатор. Отношение толщины пластины h к Δt есть средняя скорость распространения поля упругих колебаний в материале пластины Vср. Первым поползновением было сравнить эту среднюю скорость со средней скоростью автомобиля, которая так же изменяется в зависимости от длины пути за счет плавного изменения в начале и в конце пути.

 Но при распространении поля не может быть реального изменения скорости, потому что нет энергетической подпитки как в автомобиле. Есть еще вариант изменения средней скорости, если происходит искривление траектории движения поля. Но в этом случае должна появляться горизонтальная составляющая скорости при нормальном (перпендикулярном) прозвучивании слоя-резонатора. В дальнейшем выяснилось, что на самом деле, так и есть.

 Образцы горных пород, имеющие размеры образца, приведенные на рис. 4, имеют одинаковую скорость звука в направлении Z , равную примерно 5000м/с. При прозвучивании вдоль образцов (в направлениях X и Y) скорость в образцах горных пород примерно в 2 раза меньше. То есть, около 2500м/с.

При поперечном (в направлении Z) прозвучивании стеклянного образца скорость оказалась равной примерно 5600м/с. При продольном прозвучивании (в направлениях X и Y)  она имела значение, примерно равное 2800м/с.

Тогда я понял, что ничего не понял. Это был период в моей жизни, когда количество вопросов день ото дня росло, а ответов на них не было.

6b Вторая проверка

В процессе поисков механизмов распространения поля упругих колебаний я старался чередовать лабораторные и шахтные условия исследований. В результате этого иногда удавалось приходить к весьма интересным результатам.

Шахтные условия тоже не были одинаковыми. Наиболее приближенными к лабораторным условиям были измерения на шахтах горючих сланцев (город Сланцы в ленинградской области и Кохтла-Ярве в Эстонии). Там в кровле залегает известняк. Не знаю условий формирования известняка, но слой его (первый, залегающий непосредственно над головой находящихся в очистных забоях людей, так называемая непосредственная кровля) оказался идеально плоско-параллельным.

То есть это были условия, приближенные к лабораторным, для определения скорости распространения вдоль непосредственной кровли собственных колебаний этого слоя-резонатора. Для определения этой скорости использовался измеритель временных интервалов. Запуск этого измерителя осуществлялся импульсом, возникающим при ударном воздействии по кровле. Для этого вблизи точки удара к кровле прикреплялся пьезокерамический датчик. Остановка времяизмерительного устройства осуществлялась вторым точно таким же пьезокерамическим датчиком, прикрепленным к кровле на расстоянии от точки удара, регистрируемым рулеткой. В процессе измерений расстояние между точкой удара и точкой крепления второго пьезодатчика изменялось от одного метра до двадцати метров. При удалении второго пьезодатчика скорость распространения собственных колебаний сначала более или менее плавно увеличивалась, а затем, достигнув 2500м/с, оставалась постоянной до максимально возможного расстояния. Скорость определялась по моменту первого вступления.

Значит, получается, что эти злополучные 2500м/с - это не скорость распространения поля упругих колебаний, а скорость распространения собственного колебательного процесса от точки ударного воздействия вдоль исследуемого слоя-резонатора.

Таким образом, полный колебательный процесс при ударном точечном воздействии на протяженный слой-резонатор состоит из двух составляющих. Первая составляющая - движение фронта импульса поперек слоя-резонатора со скоростью примерно 5000м/с, а вторая составляющая - двигается от точки ударного воздействия в направлениях, параллельных поверхностям слоя-резонатора.

Поперек слоя движется инициирующий импульс, а вдоль - собственный колебательный процесс слоя-резонатора. Поперек слоя-резонатора фронт импульса идет со скоростью, примерно равной 5000м/с, а вдоль - со скоростью, примерно равной 2500м/с.

Очень интересно, что вдоль слоя-резонатора собственные его колебания распространяются практически без затухания.

Считается, что вдоль слоя распространяются колебания, амплитуда которых уменьшается из-за увеличения площади фронта этих колебаний, которая увеличивается при удалении от источника поля. Практика показывает, что это не так. Затухание, разумеется, имеет место, но оно существенно меньше, чем до сих пор считалось.

Причина низкого затухания  акустического поля, распространяющегося вдоль слоя-резонатора в том, что это поле не выходит за пределы слоя-резонатора. Видимо, угол отражения от границ слоя-резонатора близок к углу полного внутреннего отражения.

Но наиболее интересным здесь является то, что воздействуем мы на подопытный слой-резонатор (молотком или пьезокерамикой) так, чтобы поле распространялось поперек слоя-резонатора, а оно распространяется и вдоль и поперек его. То есть, по видимому, при прозвучивании слоя-резонатора имеет место искривления траектории поля упругих колебаний. А иначе ведь продольная составляющая поля не возникала бы.

7. О водяных слоях-резонаторах

В этом разделе я расскажу о физическом эффекте, физика которого известна существенно меньше, чем всё, рассказанное до этого. Но рассказать о нем необходимо, потому что влияние его на нашу жизнь очень велико.

В 1944 году американские ученые М. Ивинг и Дж. Ворцель обнаружили, что в морях и океанах на глубине около 1000м существует некий слой, в пределах которого если возникает источник поля упругих колебаний, то поле упругих колебаний из этого слоя не выходит, а распространяется вдоль него во всех направлениях на неограниченные расстояния, то есть до берега.

Скорость распространения звука вдоль этого слоя  примерно в два раза меньше, чем скорость распространения звука в воде за пределами этого слоя. То есть, примерно 750м/с.

Если поле упругих колебаний возникает в результате импульса (взрыв глубинной бомбы), то к берегам этот звук приходит в виде затухающей синусоиды.

То есть по всем признакам этот слой воды имеет звукопроводящие свойства, подобные свойствам твердого слоя-резонатора. Эти свойства возникают в звукопроводящем жидком слое по тем же причинам, по которым эти свойства возникают в породных слоях-резонаторах. То есть, в обоих случаях это происходит за счет плавного изменения скорости звука около границ слоя.

Этот эффект предполагалось использовать для того, чтобы определять местонахождение судов, терпящих бедствие. В случае возникновения угрозы крушения с судна сбрасывали глубинную бомбу, которая взрывалась на глубине канала сверхдальнего распространения звука, и возникающий при этом синусоидальный сигнал достигал всех берегов этого моря, что регистрировалось американскими береговыми гидроакустическими станциями. В результате регистрации моментов прихода импульса к береговым гидроакустическим станциям определяли местонахождение терпящего бедствие судна.

Необходимость использования этого метода отпала в связи с появлением космической связи, но информация о возникновении жидких слоев-резонаторов может получить другое и очень важное применение.

Время от времени происходит гибель подводных лодок (п/л). Происходит это следующим образом. Прежде чем исполнять команду на всплытие подводного корабля гидроакустики обязательно проверяют отсутствие надводных объектов, которые могут оказаться в точке всплытия п/л. Гидроакустические устройства очень надежны, но тем не менее столкновения с надводными объектами происходят на Земле примерно один раз в год, а иногда даже чаще. Практически каждое такое столкновение приводит к гибели людей и п/л.

Есть информация, что именно по этой причине погибла п/л «Курск». А через месяц после этого произошло то же самое на дальнем Востоке в результате столкновения японского сейнера с американской п/л при ее всплытии.

Как удалось определить, горизонтально залегающий водяной слой-резонатор может сформироваться не только на глубине 1000м, но и на малой глубине. Это происходит после шторма, в результате какого-то особого перемешивания воды. Более подробно пока что механизм возникновения этого явления неизвестен.

Вот эти малоглубинные водяные слои-резонаторы являются причиной того, что морские животные, ориентирующиеся в пространстве с помощью своих природных гидроакустических средств, попадая в эти малоглубинные слои-резонаторы не могут регистрировать их границы и выбрасываются на берег, поскольку они его не видят.

Я на собственной шкуре испытал действие этого жидкого приповерхностного слоя-резонатора. Будучи на п/л, на ее ходовых испытаниях после двух лет её ремонта я нес вахту и должен был осмотреть горизонт, что необходимо сделать перед всплытием. Я сообщил по трансляции, что горизонт чист, но когда мы всплыли, над нами нависло сторожевое судно СКР. Чуть ли не сантиметры отделяли нас от этого монстра.

Меня удивила реакция командира п/л на то, что случилось. Я думал, что он нас (гидроакустиков) просто убьёт. Но он, зайдя в нашу рубку, только сказал: тщательнее надо, ребята. Вот тогда, когда командир вышел из рубки, мне гидроакустики рассказали про эту проблему.

И только когда я стал заниматься сейсморазведкой, я понял свойства водяного слоя-резонатора, поставил на эту тему лабораторную работу и кому только я ни пытался отдать ее, чтобы раз и навсегда ликвидировать эту опасность. Но это оказалось никому не нужно...

8. На пути от лучевой сейсморазведки к спектральной

Я уже говорил, что отношение к лучевой сейсморазведке сформировалось ее кажущейся простотой. Нанес удар - получил эхо-сигнал. Померял промежуток времени между ударом и приходом эхо-сигнала. Вот и вся механика. Из-за этой кажущейся, но не подтвержденной экспериментально простоты вот уже 120 лет как геофизики всего Мира не могут понять, почему же у сейсморазведчиков ничего не получается.

А не получается ничего, потому что земная толща представляет собой не совокупность отражающих границ, а совокупность колебательных систем. И реакция на удар - не эхо-сигнал, а совокупность колебательных процессов. Причем распространяется реакция на удар не вертикально вниз, а по всем направлениям по горизонтали.

Наиболее представительным экспериментом, подтверждающим колебательную суть земной толщи, оказалось научное направление под названием вибросейс.

В Новосибирской области расположена деревня Быстровка, где стоят излучатели вибросейс. Они представляют собой тяжелую стальную плиту, на которой установлены два тяжелых электродвигателя с общей осью и эксцентриситетом. Когда эти двигатели начинают свое вращение, в результате эксцентриситета начинается вибрация всей установки. Эта вибрация уходит в глубину Земли. Частота вибрации определяется скоростью вращения.

Самый тяжелый вибратор в Быстровке весит 300 тонн. Самый легкий - 15 тонн. Его называют Кузнечиком, потому что когда его включили первый раз, то при достижении 10 Гц, начался рост амплитуды его вибрации, и на частоте 12Гц он запрыгал на плите и соскочил с нее.

Деревня Быстровка и находящиеся там излучатели вибросейс принадлежат институту Геофизики Сибирского отделения АН РФ. Ученые этого института проводили там семинар и показали мне, как плавно начинается рост амплитуды вибрации Кузнечика. Они с гордостью сообщили мне, что никто не знает причину такого роста этой амплитуды, и что он даже может соскочить со своей плиты.

Я им рассказал, что это обычный резонанс. И рост амплитуды начинается с приближением частоты вибрации Кузнечика к собственной частоте земной толщи в данном месте. Естественно, что моё заявление о собственной частоте земной толщи и о резонансе было воспринято как бред сумасшедшего.

После этого они мне рассказали об их эксперименте, назначение которого было доказать действенность лучевой сейсморазведки. Этот эксперимент выглядел следующим образом. Излучение осуществлялось 300-тонным излучателем, а прием - с помощью сейсмоприемника, находящегося в 1000км от точки излучения, на территории Казахстана. Связь между операторами в двух точках осуществлялась по радиоканалу.

В точке приема сигнал с частотой, равной постоянно изменяющейся частоте излучения, шел непрерывно. Работающие там люди восприняли это как свидетельство действия лучевой сейсморазведки. С этим-то я, дескать, не буду спорить? Но на мой взгляд, это свидетельствует о том, что в данном пространстве на всю 1000-километровую длину непрерывно идёт породный слой мощностью h, которую можно определить по формуле (1). Потому что если бы был разрыв этого слоя, то в этом месте сигнал бы отсутствовал.

И тогда один из присутствующих там людей вдруг сказал, что на частотах 4,3 и 7,2Гц сигнал пропадал. В отчет эта информация не попала, так как этого не может быть. Но в таком случае этот эксперимент доказывает действенность не лучевой, а спектральной сейсморазведки - сказал я.

Очень неприятно, что сотрудника, вспомнившего про отсутствие сигнала на двух частотах, немедленно уволили. Но ведь известно же, что никакой обман долго не живет.

Когда мы работали в шахтах, мы использовали спектрально-сейсморазведочную аппаратуру, имевшую название «Резонанс». Это был обычный усилитель с частотно-избирательным каналом, выполненным на R-C фильтре. Так называемый двойной Т-образный R-C мост. В одну и ту же точку наносились удары, и после каждого удара перенастраивался частотный фильтр. Амплитуда сигнала на выходе прибора заносилась в блокнот. И получался график зависимости амплитуды поля от частоты излучения. Отсчет по глубине получался в результате применения соотношения (1).

Такая схема была, по сути, аналоговым преддверием спектральной цифровой сейсморазведки.

Ну, а воспользовавшись значениями частот, на которых исчезал сигнал в точке приема и соотношением (1), можно без особого труда определить, на каких глубинах оказался разрыв породного слоя.

9. О прогнозировании обрушения горных пород угольного пласта

В 80-х годах XX века я работал в основном на шахтах Кузбасса. Главным образом, на шахте Распадская. На моих глазах происходили обрушения пород кровли, но понимания физики этого явления еще не было.

Однажды, когда я находился на Распадской, ко мне подошел главный геолог шахты Осинниковская и попросил прийти к нему на шахту. Там была непонятная ситуация. Он показал мне целик, который они оставили в подготовительной выработке в каких-то целях. Этот целик состоял из цельного и, похоже, очень прочного мелкослоистого песчаника. Геолог откалывал своим геологическим молотком кусочки от целика, и они распадались на плоскопараллельные пластинки. Каждая пластинка была как отшлифована и очень прочная, и между пластинками не было никакого промежуточного материала.

У геолога возник вопрос - как такой прочный материал мог развалиться на тонкие пластинки?... А потом он сказал, что, по его наблюдениям, в тех местах, где породы разбиты на пластинки, есть вероятность обрушения горных пород.

Мне это запало в сознание, но я тоже не мог понять, как прочная порода может разваливаться на мелкие пластинки.

Мы тогда пользовались очень неудобной аппаратурой для получения информации о строении пород кровли. Она называлась «Резонанс», и с помощью этой аппаратуры мы определяли слоистость пород кровли. Для получения информации в одной точке нужно было потратить минут 20.

Спустя некоторое время после общения с главным геологом с шахты «Осинниковская» у меня произошел интересный случай на шахте «Распадская». Геологи в своих документах обнаружили, что при строительстве этой шахты, когда производилось бурение, одна из скважин попала в подготовительную выработку 5-го блока. И, таким образом, имелась информация о строении кровли в этой точке.

Геологи еще не были уверены в эффективности нашего метода, и попросили меня пройти профиль через точку, где прошла эта скважина. Естественно, что про скважину мне ничего не сказали. Пройдя профилем через эту точку, мы увидели границу на высоте 17м, но на некотором участке штрека кровля на глубину до примерно 7м оказалась мелкослоистой.

Геологам очень понравилось, что мы дали границу на глубине 17м, потому что это совпало с результатами бурения. Наличие столь мощной породной толщи свидетельствовало о высокой прочности кровли. Такую кровлю вообще не крепят. Разве что для инспекции, так называемыми подхватами. Но мелкослоистость этой породы свидетельствовала о высокой вероятности ее обрушения. И я указал геологам участок, на котором кровля должна быть закреплена.

Реакция геологов была очень бурной. «Если мы будем крепить такую кровлю, то шахта вылетит в трубу». И тогда я написал докладную записку директору шахты с требованием поставить в указанном месте крепь. Такое мое требование сочли неэтичным, неприличным и т.п., и попросили меня немедленно покинуть шахту. И никогда больше туда не приезжать. Они отправили депешу в ЛГИ с требование не выписывать мне командировки на «Распадскую». Можно представить себе наше положение в ЛГИ после этого...

А примерно через два с половиной месяца этой нервотрепки, ко мне домой позвонили с шахты «Распадская» в 5 часов утра. Это на шахте (кемеровская область) было 9 часов утра. В 8 утра там пересменка, и две бригады шахтеров по 30 человек в каждой встретились на том участке штрека, где мы потребовали поставить крепь. Крепь, слава Богу, всё-таки поставили, и поэтому 60 человек были спасены.

Прошло уже много лет с тех пор, но, как я недавно узнал, люди на этой шахте каждый год в день шахтера пьют за наше здоровье.

Я попросил тогда дать мне справочку о том, что произошло (вернее, не произошло), но мне объяснили, что шахта подобные справочки не дает.

Но это была только середина истории, потому что я должен был еще понять физику происхождения мелкой слоистости в зонах будущих обрушений пород кровли. Но об этом попозже.

Рис. 5

Так выглядел результат работы с аппаратурой «Резонанс», который послужил основанием возведения крепи. 65м - длина профиля, шаг измерений 5м. Глубина просмотра разреза пород кровли - 28м. На глубину до 7м от 25-го метра до 45-го метра видна мелкослоистость. Именно на этом промежутке было обрушение пород кровли.

10. Знакомство с зонами Ларина

Всё, о чем я до сих пор рассказывал, все физические эффекты и явления были обнаружены в течение тех 16 лет, когда мы работали в шахтных условиях над созданием сейсморазведки, способной предсказывать обрушение пород кровли. При этом много было обнаружено новых явлений, новых физических эффектов. Сейчас я понимаю, что это был колоссальный труд. Но сколько при этом было получено удовольствия!

Сейчас я могу заявить ответственно, что большего удовольствия, чем создавать новое знание, не существует. Вытаскивать из природы то, что она от нас прятала...

Как там в какой-то сказке говорилось... Не было бы счастья, но несчастье помогло.

Так вот, в 1993 году нас всех,  то есть всю мою исследовательскую группу выгнали из ЛГИ. За что? За то, что кроме нас тем, что мы делали, никто не занимается. Как оказалось, в нашей самой передовой в Мире стране больше всего боятся нового в науке. Очень боятся открытий. Разрешение на открытие (!) получают исключительно в Академии Наук. Но для того, чтобы получить право обратиться туда по этому поводу, нужно быть не менее, чем доктором наук.

При таком количестве нового, обнаруженного при создании нами нового направления в физике (в акустике), казалось бы, можно было бы защитить и кандидатскую, и докторскую диссертацию, но когда была сделана попытка защититься, мы узнали, что главным требованием к диссертации является ... отсутствие в ней чего-либо нового.

Сейчас уже всё прошло, и я привык ко всему, что у нас происходит. А первые сколько-то лет я чувствовал себя так, как чувствует себя человек, который получил удар по голове.

Я пытался сопротивляться, но меня никто не слушал, потому что такое требование исходит от самого научного (а тогда, и партийного) верха. Ведь научная работа - это в принципе деятельность, направленная на создание нового знания. Но как же создавать новое знание, когда всё новое недопустимо. Но это было слабым аргументом...

Когда я узнал об этом требовании к научной работе, я долго ходил, как ошпаренный, ничего не мог делать, и ни о чем не мог думать. Но потом немного пришел в себя, и продолжил свои занятия. Мне только стало интересно, а что же защищают работающие рядом со мной кандидаты и доктора. Узнать это было несложно, так как их диссертации находятся в открытом доступе в нашей институтской библиотеке. Точно могу сказать, что после того, что я там увидел, уважения к ним у меня не стало больше. Но с другой стороны что могут написать люди, которым нельзя писать ни о чем новом...

Просматривая эти диссертации, я часто вспоминал эпиграмму большого поэта начала XX века Андрея Белого: «смысла нет, зато есть что-то». Практически во всех диссертациях по горной тематике присутствует глубокая разработка понятия «напряженное состояние горных пород». Это бесконечно диссертабельная тема, поскольку ни померить эту субстанцию, ни хоть как-то познакомиться с ней невозможно. Но зато у нее есть собственный аналог - «горное давление». Тоже не измеряемое.

Ну да и Бог с ними, я, занимаясь своим делом, получаю такое удовольствие, которое всем этим остепененным господам и не снилось.

Одним словом, остались мы в 1993 году без работы, потеряли доступ к шахтам. А мы, проработав в шахтах 16 лет, считали, что больше ничего мы делать не умеем кроме шахтных исследований. Дело в том, что под землей прекрасно видно четкое разграничение между соседними породными слоями. Как говорят геологи, они хорошо литофицированы. А близко к поверхности Земли породы, которые можно брать лопатой... Я бы их вообще не называл горными породами. Но, так или иначе, сделав новую, цифровую сейсмоаппаратуру на новом, спектральном принципе, мы должны были ее испытать.

Мы всё время консультировались у опытных геологов и геофизиков, и нам посоветовали сделать опытный профиль вдоль Торфяной Дороги (СПб). Оказалось, что этот профиль много лет служил полигоном для геологов и геофизиков. И если мы вдруг получим что-то для нас неожиданное, то нам помогут в этом разобраться.

Длина Торфяной Дороги от Серафимовского кладбища до Богатырского проспекта равна примерно 1км. И часа за 2-3 мы этот профиль сделали. Шаг профиля составлял 5м.

Не существовавшим раньше методом с помощью не существовавшей раньше аппаратуры мы получили совершенно новую, неизвестную раньше геологическую информацию. Собственно говоря, с позиции методологии развития науки так и должно быть.

На этом километровом профиле мы увидели слабо слоистый горизонтальный рисунок, что вообще-то свойственно осадочным породам. Но на фоне этой вялой слоистости мы увидели четыре более или менее равномерно размещенных на этом километре объекта, имевших V-образную форму с остриями, направленными вниз. Каждый из этих объектов находился около дома, имеющего четкие признаки разрушения.

На рис.6 приведен пример обнаруживаемых нами объектов при решении различных задач.

Рис. 6

Какие это были признаки... ближайший к кладбищу объект был, что называлось тогда, долгостроем. Там за несколько лет до того были возведены всего 2 этажа до того, как кончились деньги, и верхняя горизонтальная железобетонная плита этого остова имела такой вид, как если бы в нее попала бомба.

Остальные три дома, находящиеся близко от воронкообразных объектов имели вертикальные трещины в кирпичных стенах, которые порвали кирпичную кладку, а также косые трещины, которые порвали кирпичную кладку между углами оконных переплетов, и провалы в грунте.

Мы обратились к знакомым геологам и геофизикам, чтобы они объяснили, что это за объекты такие, которые мы обнаружили. В ответ - полная растерянность.  Но один геофизик (к своему стыду я забыл его фамилию), который занимался радоновой съемкой, обследовал своим методом наш профиль, и обнаружил, что в зоне каждой воронки имеет место повышенный уровень радона.

Этот геофизик объяснил нам, что поскольку радон синтезируется в околоядерном пространстве Земли, то между воронкообразным объектом, который мы увидели вблизи поверхности и околоядерным пространством есть прямой канал, и поэтому целесообразно было бы назвать этот неизвестный ранее геологический объект зоной тектонического нарушения. Что мы и сделали, предложив, в свою очередь, аббревиатуру ЗТН. Лет 25 так оно и было, но примерно год назад я понял, что тектоника - это воображаемый геологами термин, который реально увидеть невозможно, и такое название вполне конкретному геологическому объекту давать неправильно. И мы решили переименовать эти объекты в зоны Ларина (ZL). 

ДТН, геолог Владимир Николаевич Ларин (1939 г.-2019г, единственный автор концепции водородной дегазации Земли, в обоснование которой выдвинул гипотезу «Расширяющейся Земли». Основываясь на его трудах, мы выяснили, откуда на Земле вода и теперь имеем возможность находить источники родниковой воды. Благодаря его трудам и нашим измерениям практически на всех континентах мы выяснили, что на Земле нет безводных пространств.

Ларин является автором гипотезы возникновения воды на Земле, которую мне посчастливилось перевести в ранг теории.

Мы научились находить зоны, в которых можно получать родниковую воду, а также прогнозировать внезапные разрушения инженерных сооружений. В том числе, и в шахтах. Эти зоны мы назвали зонами Ларина (ZL).

Проблема внезапного, как бы беспричинного разрушения инженерных сооружений существует столько же, сколько существует человечество. В начале XIX-го века, когда в связи началом строительства железнодорожных путей возник всемирный строительный бум, было замечено, что если внезапно разрушился дом, его полностью ликвидируют и на этом месте строят другой дом, то и этот новый дом тоже обрушится.

Геологи пришли к выводу, что должен существовать какой-то геологический объект, виновный во внезапных и немотивированных разрушениях инженерных сооружений. Однако 150 лет поисков во всем Мире не дали результатов. И тогда геологи отказались от этих попыток его найти.

И вот эти объекты проявились в виде ZL, наличие которых сопровождается разрушением инженерных сооружений.  Сразу возникла масса вопросов.

Во-первых, откуда такая мощь, такая сила, которая разрушает невероятной мощности и прочности сооружения?! Ведь когда мы отыскиваем эти зоны, то на поверхности Земли нет ни малейшего видимого следа от ZL. Вот для примера на рис.7 изображение полностью разрушенного корпуса управления ленинградским портом.

Помощь поступила от замечательного ученого, ДТН  Горного института в Екатеринбурге, Сашурина Анатолия Дмитриевича. Занимаясь геодезическими исследованиями с помощью новейшего спутникового оборудования,  он обнаружил, что есть на Земле зоны, в которых погрешность измерений увеличивается в десятки раз. И после длительного общения мы предположили, что так проявляются ZL.

Как оказалось, выявленная им погрешность не аппаратурная, а так проявляется планетарная пульсация, которая характерна  для ZL. Мы передали ему нашу аппаратуру, и он вот уже больше 20 лет тоже ищет источники родниковой воды и прогнозирует разрушения инженерных сооружений.

Как оказалось в дальнейшем, под этим корпусом были ZL. Рис.7. Причем не одна зона, а несколько. И планетарные пульсации в точках этих ZL были несинфазными. Вот это воздействие на фундамент этого корпуса так его раздолбало.

Мы поняли, что главный разрушающий фактор ZL - это планетарная пульсация, наличие которой обеспечивает раскачку любого сооружения, любого объекта. Вот эта раскачка дает мелкослоистость прочных пород, а также особо прочных фундаментов.

Рис. 7

И после длительного общения мы предположили, что так проявляются ZL.

Вот так получилось, что в понимании физики ZL мне помогли два замечательных ученых - Сашурин Анатолий Дмитриевич и Ларин Владимир Николаевич.

ZL образуются в результате постоянно растущего давления в околоядерной зоне Земли, в результате чего постоянно развивается процесс трещинообразования в коре Земли. Кора Земли является объектом-резонатором, и поэтому процесс развития трещиноватости в коре Земли имеет вид постоянно протекающих колебаний. Именно эти колебания зарегистрировал Анатолий Дмитриевич Сашурин с помощью своих геодезических исследований. Он назвал их планетарной пульсацией.

Период планетарной пульсации может изменяться в пределах от единиц до десятков секунд, а амплитуда этих колебаний достигает 10 см. Понятно, что если под инженерным сооружением оказывается ZL, то это приводит к разрушению фундамента. Мы иногда забываем, что истинным фундаментом инженерных сооружений является не рукотворное сооружение, а то, на чем это сооружение покоится. Замечено, что более всего от этого страдают сооружения, выполненные по монолитной технологии. В кирпичных домах при их покачивании возникают микротрещины, и это покачивание продолжается десятки лет, оставаясь незамеченными. В железобетонном фундаменте после возникновения микротрещины идет наращивание ее амплитуды, которое завершается разрушением сооружения.

Вот эта раскачка в ZL и является механизмом, расслаивающим песчаник и разрушение железобетонных таблеток на шахте Бургустинская.(см. дальше)

Как пример разрушения дома, стоящего на железобетонной плите, мы называем дом №31 корп.4 на ул.Замшина, СПб. Об этом мы предупреждали строителей этого дома еще до начала его строительства. На рис.8 показано фото этого дома.

Рис. 8

На рис.9 показаны вблизи уголковые крепления стен.

Рис. 9

Но этому дому еще повезло. Со слов проживающих там людей в стенах насчитывается «всего лишь» 2000 трещин, через которые можно смотреть на улицу без участия окон.

Однако кроме разрушающего действия, ZL проявляют еще и геопатогенные свойства.

В ZL из земли выходят продукты жизнедеятельности околоядерного пространства в жидком и газообразном состоянии. Газы - это радон, водород, метан. Из жидкостей - в первую очередь, вода. Но бывает, что и нефть.

Будь моя воля, я бы слово радон перевел на русский язык как смерть. Перепрочтите книгу Короленко «Дети подземелья». Эти дети такие болезненные, потому что живут на уровне подвалов. У меня, когда я учился в школе, были знакомые дети, которые жили в полуподвальных помещениях, в так называемых дворницких, и родители которых болели какими-то смертельными болезнями. Сейчас я понимаю, что это была онкология... Современные врачи это понимают, но им почему-то запрещается об этом говорить.

Я как-то делал доклад о влиянии ZL на здоровье людей, проживающих на первом этаже домов, и просил высокое собрание только о том, чтобы сохраняли вентиляцию в подвалах и не забивали вентиляционные окна. Ответ этих уважаемых людей мне запал в душу на всю жизнь: «достойные люди на первом этаже не живут».

Вот видите, насколько конкретные, измеряемые субстанции характеризуют ZL. А когда мы по совету геофизиков дали этим зонам название тектонических нарушений, я не понимал, что слово тектоника - это всего лишь красивое слово, но никакой конкретики в этом нет. Чаще всего тектонику увязывают с сейсморазведкой. Ну, правильно, неконкретное понятие следует привязывать к несуществующему методу.

А всё, что я здесь написал про эти зоны, было открыто и описано Лариным В.Н. Так что они и должны быть названы его именем. Зоны Ларина или ZL.

11. О воде на Земле

Ларин исходил из того, что любой космический объект начинает свое развитие со сгущения протонового облака. Протоны - это ядра водорода. И, таким образом, любой космический объект, и наша Земля в том числе в своем околоядерном пространстве состоит из водорода. При наличии кислорода, высокого давления и высокой температуры в ядре Земли синтезируется вода, которая по трещинам в коре Земли выходит на поверхность.

В 1993-м году знакомые гидрогеологи попросили нас найти воду. Для того чтобы можно было обеспечить водой гостиницу Чайка в поселке Советск Выборгского района. Мне всё это было странно. Какая же может быть вода, когда там граниты выходят на поверхность...

Меня тогда впервые заинтересовал вопрос - откуда же взялась вода на Земле? На мой вопрос гидрогеологи дружно поднимают свой указательный палец вверх. Дескать, с неба, из тучек. Но в соседнем лесу из земли торчала труба, из которой вот уже лет 70 бил фонтан высотой метра два.

В общем-то понятно, что для того, чтобы вода била фонтаном, ей нужен подпор. Как оказалось, скважину эту пробурили лет 70 до этого. Геологи что-то искали, но оттуда хлынул фонтан. За 70 лет - это такие немыслимые миллионы тонн воды, что тучи, разумеется, такого обеспечить не могут. Кроме того, чтобы 70 лет обеспечивать постоянный напор, должен быть постоянный подпор...

Мы на заданной территории сделали поиск, нашли ZL, и буровики с глубины 20м получили хороший фонтан. Вода пошла самоизливом. Качество воды оказалось нормальным, и воду эта гостиница получает до сих пор. Когда вода выходит самоизливом, такое месторождение воды называют артезианским, потому что первый самоизлив был получен во Франции, в провинции Артуа. Кажется, в 15-м веке.

Я тогда (в 1993 году) еще не был знаком с точкой зрения Ларина, и отнесся к получению воды как к какому-то феномену. Когда я узнал (из трудов Ларина), что вода на Земле синтезируется в околоядерном пространстве из находящихся там водорода и кислорода при условии высокой температуры и давления, то всё стало ясно. Мы с тех пор даем людям информацию о местонахождении ZL, чтобы с помощью колодцев или скважин получать воду. За 27 лет мы поняли, что вода есть всюду, что безводных пространств на Земле нет. Время от времени появляются сообщения о том, что то в одной, то в другой безводной пустыне геологи обнаружили пласт пресной воды. Мы-то понимаем, что это никакой не пласт, а вертикальная струя. Скважину бурили на нефть, а пошла вода. Водяные пласты - это вообще устоявшаяся легенды. Если бы действительно вода залегала пластами, то ее можно было бы добывать в разных местах на одной и той же глубине. Тот же Гдовский горизонт, например, также является легендой.

Вообще-то до сих пор был один метод поиска воды. Это так называемое лозоискательство. Люди, обладающие экстрасенсорными способностями, идут с лозой (деревянной или металлической рагулькой), и когда они проходят над точкой водопритока, то эта рагулька поворачивается.  Физику этого эффекта не знает никто, но раз он работает, то и слава Богу. Людей с такими способностями очень мало, и если приходится прибегнуть к их способностям, необходимо выяснять их репутацию.

12. О природе мелкослоистости в ZL

Когда-то на моих глазах главный инженер шахты «Бургустинская», которая находилась в российском Донбассе, осуществил интереснейший эксперимент. Там мощность угольного пласта была 1,5м, а в кровле залегал прочнейший песчаник мощностью 15м.

Это такие условия, когда штрек можно не крепить. Однако на некотором участке штрека кровля обрушалась. Обрушалось на протяжении примерно 20м. Это неприятная история. И главный инженер решил воспротивиться этому. Он заказал сделать таблетки из железобетона, и заложить ими обрушающийся участок. Каждая таблетка весила примерно 100кг.

Шахтеры заложили этот участок таблетками, и все решили, что проблема решена.

Однако примерно через неделю началось разрушение таблеток. Оно сопровождалось оглушительным треском и еле заметным покачиванием. Через месяц эта закладка была полностью разрушена. Горнорабочие говорили, что горное давление сжевало эти таблетки. Это было очень точное выражение. Именно сжевало. Это было как раз то, что происходит в ZL. Именно так происходит с фундаментами домов, построенных по монолитной технологии, если в пределах фундамента находится ZL.

Но сжевало эти таблетки не горное давление, а раскачивание их.

Но здесь присутствует еще один аспект. Дело в том, что ZL бывают двух типов. Наиболее часто встречается ZL, когда воронкообразный объект имеет симметричный вид. Как на рис.6. Это так называемое разрывное нарушение. Но бывает и так, когда вид этого объекта несимметричен. Это принято называть сдвиговым нарушением. Так вот, разрушающее действие сдвигового нарушения многократно сильнее, чем разрывного. На рис.10  приведена схема расположения ZL на участке в поселке Барышево.

Рис. 10

Там на всей территории участка залегают более или менее параллельные следы ZL. На этом участке все сооружения расползаются так, что их не удержать. И забор, и фундамент дома, и парники. Мне очень долго пришлось рассказывать домовладельцу, почему у него на участке такие аномалии.

Вот под домом на Замшина-31 корп. 4 оказались оба типа нарушений...

Делаем следующий вывод. Мелкослоистость  в прочных горных породах, а также в железобетонных фундаментах возникает, когда они раскачиваются. То есть, в ZL, и особенно сдвигового типа.

13. О прогнозировании обрушения кровли угольного пласта при работе с поверхности

Когда мы работали в шахтах и довольно эффективно прогнозировали обрушение пород кровли, нам и в голову не могло прийти, что для этого прогнозирования совершенно необязательно спускаться в шахту.

Но когда мы стали изучать свойства ZL,то оказалось, что с поверхности Земли прогнозировать аварию в шахте можно гораздо эффективнее и надежнее.

Дело в том, что обнаружив ZL, можно прогнозировать аварии на шахтах, находящихся на любой глубине. И, даже еще более того, глубину шахты вовсе не нужно знать. Ведь ZL - это, по сути, обусловлено вертикальной трещиной глубиной до самого околоядерного пространства.

Итак, для прогнозирования зоны обрушения пород кровли, обнаружив ZL на шахтном поле, следует с помощью шахтного маркшейдера опустить перпендикуляр из центра ZL и определить, через какое место подземной выработки пройдет этот перпендикуляр. Вот зона этого пересечения и будет центром разрушения горных пород на любой глубине. Повторяю, независимо от глубины залегания горной выработки.

Где-то примерно в 2000-ном году я прошел несколько профилей по поверхности Земли вдоль нескольких штреков шахты Инской. Таким образом руководство шахты Инская проверяло действенность ССП-аппаратуры. Во всех точках пересечения профилем точек, где при проходке штрека была подсечена ZL, мы это видели на ССП-разрезах. Стопроцентное попадание в зоны, в которых было обрушение при проходке, вызвало недоверие у руководства шахты, и они, сказав, что 100-процентного попадания быть не может, аннулировали результаты наших исследований.

Я хорошо понимаю такое недоверие к геофизикам. И тогда я предложил другую схему проверки нашей работы. Я предложил пройти ССП-профилем вдоль штрека, которого еще нет. Который будет пройден, скажем, через год. Отдав результаты наших исследований, я уехал.

Года через 2 я опять приехал туда, и спросил, что показала проверка наших исследований. Как оказалось, там, где мы обнаружили ZL, при проходке погибли три проходчика.

Но при этом глубину залегания этого штрека (а также и других) мы не знали. И эта информация нам была просто не нужна. Если бы шахта эксплуатировала несколько горизонтов, то все ZL оказались бы одна под другим. Это было проверено на шахте Распадской, которая эксплуатировала 12 горизонтов, и встреченные там ZL были расположены точно одна под другой.

К сожалению, из этого инцидента никто никаких выводов не сделал, и в дальнейшем наши возможности так и не использовались. Более того, руководство угольной промышленности выпустило приказ, запрещающий нашу работу на шахтных полях.

14. О сейсмоприемниках

Обнаруженные нами свойства горных пород как совокупности колебательных систем заставили пересмотреть свойства акустоэлектрических преобразователей - сейсмоприемников. Согласно общепринятым свойствам акустических преобразователей, они характеризуются как пассивные устройства, не оказывающие влияния на акустическую характеристику земной толщи. К сожалению, это не так.

Считается, что если собственная частота сейсмоприемника сильно отличается от частотного диапазона исследуемого объекта, то влиянием сейсмоприемника можно пренебречь. Это мнение ошибочно. Я хотел бы узнать, как определить значения этих частот.

Все существующие на сегодняшний день сейсмоприемники искажают исследуемое поле до полной неузнаваемости. И в этом легко убедиться.

Если к осциллографу подключить любой из существующих на сегодняшний день сейсмоприемник и уронить на него с незначительной высоты стальной шарик диаметром 2мм от шарикоподшипника, то возникнет длительный, медленно затухающий синусоидельный сигнал. Это свидетельствует о том, что сейсмоприемник по акустическим свойствам является резонатором. И следовательно, такой сейсмоприемник исказит сигнал, который возникнет при ударе на земную поверхность.

Причина этого в том, что, во-первых, корпус всех существующих сейсмоприемников металлический. То есть, из резонатора. И второе, чувствительный элемент подвешен на пружинах. Получается, что при создании сейсмоприемников сделали всё что можно, чтобы в конструкцию сейсмоприемников входило как можно больше резонаторов.

Выходом из положения оказалось использование в сейсмоприемнике пьезопленки, зажатой в оргстекле. Проверка правильности такого подхода очень простая. Для этого следует уронить на сейсмоприемник маленький стальной шарик. Если на кабеле сейсмоприемника будет сигнал в виде одного импульса, значит, всё в порядке. Если сигнал будет содержать затухающую синусоиду, значит, или сейсмоприемник имеет в своем составе резонатор, или сейсмоприемник имеет акустический контакт с резонатором.

15. Оптимистическое

По наблюдениям историков науки, процесс смены парадигмы обязательно принимается обществом, но длится он не меньше, чем через 50 лет.

За это время, как правило, изменяется состав людей, принимающих законы в данной области знаний. И появляется вероятность того, что новые люди окажутся умнее предыдущих.

 Я очень рассчитываю, что года через два люди начнут учитывать возможности области знания под названием сейсморазведка. Я не уточняю, что речь идет о спектральной сейсморазведке, потому что другой сейсморазведки просто нет. Потому что примерно 48 лет назад началась смена парадигмы в сейсморазведке. Тогда выяснилось, что земная толща по акустическим свойствам представляет собой совокупность не отражающих границ, а колебательных систем, и тогда произошел первый случай прогнозирования обрушения пород кровли угольного пласта. А это стало возможным только при помощи спектральной сейсморазведки.

И с тех пор идет наращивание возможностей сейсморазведки. Прогнозирование разрушений инженерных сооружений и проч. Особенно тех, в которых работают вибрирующие устройства. Турбины, насосы, угольные комбайны и проч. Нами освоены методы поиска родниковой воды, и я думаю, что недалек тот час, когда вода на Земле перестанет быть дефицитом.

За это время я провел тысячи лекций, бесед и демонстраций лабораторных работ. Восторги от этого можно было бы коллекционировать. А выходя из моей лаборатории, все как один утверждали, что их там не было, и что они никогда меня не видели. Ученые ведь очень зависимы от воли Ученого Совета, и не выполнять волю начальника не могут. Но все сходились на одном: «Защитить такое невозможно».

В середине 80-х я узнал, почему все так уж уверены, что мне никогда не удастся защитить мою работу. Как оказалось, главное требование к диссертации - это чтобы там не было ничего нового. Тут даже моего чувства юмора не хватило. И у меня появилось новое хобби. Я стал читать в библиотеке ЛГИ диссертации. Жванецкий отдыхает.

Если бы нашлись храбрецы, которые бы взялись раскрыть «труды» тех жуликов, которые стали докторами наук и академиками с помощью гениальной туфты. Может быть, это встряхнуло бы эту дырявую кастрюлю под названием российской науки. Мы здесь встретим и вечные двигатели, и многие другие перлы.

Ко мне приставали и друзья, и просто знакомые и не очень знакомые: «Ну скажи, что это не ты придумал, а что украл у какого-нибудь иностранца. И от тебя все отстанут и всё, наконец-то примут». Так я узнал, что российскую науку не признают не только иностранцы, но и свои.

Мне 78. И, надеюсь, что мой уже скорый переход в прошедшее время позволит всем пользоваться моими 150 статьями на сайте как своими. И тогда прекратятся аварии в шахтах и прекратятся разрушения домов, поездов и прочих ГЭС и АЭС. И у всех на Земле появится вода.

С приветом от моего сайта newgeophys.spb.ru