Этот вопрос мне задали сразу несколько человек. Видимо, они это обсуждали где-то, на каком-то семинаре. Попробую еще раз ответить на этот вопрос.
Любой исследовательский метод должен быть основан на реальных свойствах объектов, подлежащих исследованиям. Реальные свойства можно узнать только с помощью физических экспериментов.
Так сложилось, что то, что называют традиционной или лучевой сейсморазведкой, возникло не в результате физических экспериментов, а в результате экспериментов мысленных. За 100 с лишним лет существования лучевой сейсморазведки никто не удосужился экспериментально проверить ни одно ее положение.
Проверять их никто не стал, потому что выглядят они очень уж убедительно и, что называется, проще пареной репы. А когда я начал их проверять, чтобы сделать для студентов лабораторную работу, то оказалось, что по акустическим свойствам породные структуры являются колебательными системами или, иначе говоря, резонаторами.
Как оказалось, при легком ударе по стеклянной, металлической или породной пластине возникает быстро затухающий звон. При увеличении толщины пластин частота звона уменьшается.
Найти зависимость частоты звона от толщины пластины в условиях лаборатории не удалось, потому что она зависит не только от толщины слоя, но и от его поперечных размеров, что в условиях лаборатории не учесть. А кроме того, используя стандартные сейсмоприемники оказалось, что и сами сейсмоприемники при легком ударе также реагируют затухающим синусоидальным сигналом. Чтобы это увидеть, сейсмоприемник нужно подключить на вход осциллографа и на корпус сейсмоприемника уронить маленький (двухмиллиметровый) стальной шарик.
Объект, реагирующий на удар синусоидальным сигналом, называется колебательной системой или резонатором.
И, таким образом, получив задание, согласно которому я должен был использовать методы сейсморазведки, я попал в царство акустических резонаторов, где привычная сейсморазведка просто нереализуема, потому что отдельный (без синусоидального заполнения) удар создать невозможно.
В 1973 году кафедру радиоэлектроники, на которой я работал, расформировали, а меня перевели на Горный факультет, на кафедру разработки пластовых месторождений (РПМ), то есть, угля, где я получил задание найти метод прогнозирования обрушения пород кровли. Обрушение пород кровли - это страшная беда. Из-за этого люди гибнут в масштабе планеты практически каждый день.
При обсуждении на нашей кафедре пути решения этой проблемы было решено, что задачу следует решать средствами акустики и начать с определения затухания звука в горных породах. Предполагалось, что чем больше трещиноватость пород, тем больше вероятность их обрушения. С другой стороны, предполагалось, что трещиноватость пород связана с затуханием звука в этих породах. Следовательно, решать проблему прогноза обрушения пород следует путем определения затухания звука в породах кровли.
Но при этом возник вопрос, на каких частотах следует делать измерения затухания звука в породах.
Для шахтных измерений была сделана аппаратура для получения зависимости затухания звука от частоты зондирующего сигнала. Предполагалось, что затухание будет увеличиваться с частотой, как это утверждается в литературе. Но зависимость затухания от частоты оказалась такой, как это показано на рис.1.
Согласно разделу математики «спектрально- временные преобразования» подобная частотная зависимость является спектральным изображением затухающей синусоиды. А это свойственно колебательным системам. Или, иначе говоря, резонаторам.
Акустические свойства резонаторов таковы, что при ударном на них воздействии возникает сигнал, который имеет вид затухающей синусоиды, и, как выяснилось, этот сигнал не отражается от породных слоев, а распространяется вдоль этих слоев, не выходя за их пределы.
Еще одно акустическое свойство породного слоя-резонатора заключается в том, что объект-резонатор является полосовым фильтром.
Собственная частота плоскопараллельного породного слоя-резонатора f0 определяется следующим соотношением:
h=V/f0 , где (1)
h - толщина (по терминологии геологов - мощность) породного слоя-резонатора (м),
V - скорость распространения упругих колебаний, распространяющихся вдоль породного слоя-резонатора V=2500м/с.
Таким образом, пришлось с принципа традиционной сейсморазведки, когда размеры геологических объектов рассматриваются как функция времени прихода эхо-сигналов, перейти на принцип спектральной сейсморазведки, когда толщину породного слоя h приходится определять с помощью спектральных (частотных) измерений.
Чтобы с помощью спектральной сейсморазведки увидеть толщины (мощности) залегающих в земной толще породных слоев-резонаторов, следует по оси hоткладывать толщины, полученные в результате пересчета частоты в толщины в соответствии с соотношением (1), как это показано на рис.2.
При этом возможно определить мощности только тех слоев, верхняя граница которых является дневной поверхностью. Это слои h1, h12 и h123. Слои, которых не касается точка контакта сейсмоприемника с грунтом, обследованию не подлежат, поскольку поле упругих колебаний, оказавшись в резонаторе, за его пределы не выходит.
При первом же применении этого метода было обнаружено, что время от времени верхние границы породных слоев терпят разрыв. Пример - на рис.3.
Чаще всего эти разрывы имеют форму как бы воронкообразных объектов или конусов. Исследования с помощью радоновой съемки показали, что в атмосфере (на поверхности) над воронкообразными объектами имеет место высокий уровень радона. По мнению геофизиков, это означает, что эти объекты имеют прямой контакт с околоядерным пространством Земли, поскольку именно там происходит синтез радона.
Ну, и, естественно, это значит, что между околоядерным пространством и воронкообразным объектом существует связь в виде трещины в коре Земли.
По совету геофизиков, области, в которых встречены воронкообразные объекты или конусы были названы зонами тектонических нарушений (ЗТН).
Всё это было обнаружено в 1993 году, а все последующие годы были посвящены изучению ЗТН, и не проходило и года, чтобы мы не обнаруживали еще какие-то, не известные ранее свойства.
Вот несколько свойств ЗТН, которые показывают высокую значимость этих зон.
1. Трещины в коре Земли, соединяющие ЗТН с околоядерным пространством действительно строго вертикальны.
2. Аварии в шахтах находятся в тех местах, которые пронизаны этими трещинами, поскольку эти трещины находятся в состоянии постоянной пульсации. (что геодезистам было известно уже много лет.)
3. Определяя с помощью спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) местонахождение ЗТН, мы с помощью шахтных маркшейдеров определяем эти зоны в подземных выработках и прогнозируем зоны аварий в шахтах. Глубина шахты не имеет значения.
4. Определяя на поверхности Земли ЗТН, можно заранее, еще до начала строительства любых инженерных сооружений прогнозировать центры будущих разрушений.
5. Определяя на поверхности Земли ЗТН, мы указываем точки выхода родниковой воды, а также газов (радон, метан, водород). Особую опасность представляет радон. Воздействие этого газа на организм вызывает онкологические и прочие заболевания. От воздействия радона спасает только вентиляция поддомного пространства. Если фундамент - плита, то вентиляцию не обеспечить, и количество заболеваний будет наибольшим. Это касается в первую очередь подвальных помещений и первых этажей.
6. Провалы дорожного покрытия, люков, порывы трубопроводов происходят в ЗТН.
7. Хроническое разрушение крылечек и ступеней - в ЗТН.
8. В ЗТН происходит постоянная пульсация грунта/горных пород. Эта пульсация (называется планетарной пульсацией) является разрушающим фактором. Амплитуда ее достигает 10см и даже больше. Если железобетонное изделие оказалось в ЗТН, то оно будет разрушаться. Никакой железобетон не выдержит воздействие планетарной пульсации. Если под сооружением с железобетонным основанием две и больше ЗТН, то разрушение сооружения будет таким, как от взрыва бомбы. Причина в том, что пульсация соседних ЗТН идет не в фазе, и эта пульсация как бы раздирает основание сооружения.
9. Наиболее сокрушительно ЗТН действует на вибрирующее инженерное сооружение - турбины, насосные станции и пр. Если частота пульсации ЗТН совпадает с частотой вибрации инженерного сооружения, то разрушение усиливается резонансным явлением, и его называют техногенным землетрясением. Это часто происходит в шахтах при работе в ЗТН проходческого или добычного комбайна.
10. На Земле нет мест, где бы не было ЗТН. Но вот если поверхность проглажена катком, то ССП ЗТН не видит. Но это не значит, что их там нет.
11. Ослабить разрушающее действие ЗТН можно с помощью резиновых прокладок между фундаментом и земной поверхностью.
Наиболее важным для человечества является возможность получения в ЗТН чистой родниковой воды. Наша практика поиска точек водопритока показала, что безводных зон на Земле нет. Практически всюду можно получать воду с помощью колодца и/или скважины.
Приложение
Решение проблем создания аппаратуры ССП споткнулось на необходимости создать сейсмоприемник, который не обладал бы собственной колебательностью.
Это стало возможно, когда появился материал, известный как пьезопленка. Пьезопленка - это наощупь - полиэтилен. Этот материал не является резонатором. Если ее зажать между конусом и пластиной из оргстекла (полиметилметакрилата) и обеспечить экранировку с помощью фольги толщиной 0,1мм, то такое устройство будет выполнять функции сейсмоприемника, и при этом не будет вносить спектральных искажений.
Материалы этой статьи более полно размещены в статьях сайта