Тема фальсификации (или как говорят сами изыскатели - "рисования") данных в изыскательской геофизике уже не первый год проскакивает в дискуссиях действующих специалистов о проблемах отрасли в чатах разных интернет-мессенджеров. Попытка конкретно захайпить - детектед, ага. Тема острая и прямо касающаяся многих действующих геофизиков-изыскателей в последние 10-15 лет.
Причины "рисования"
Как и в любом другом деле, начать необходимо с понимания причин, почему "рисовка" в изыскательской геофизике вообще имеет место быть. На мой взгляд, прежде всего всё упирается в поведение Заказчика, хотя нередко и сами Исполнители грешноваты. Итак...
⚠️ Необоснованно малые сроки для выполнения геофизических исследований при заданном объёме работ. Ну то есть когда говорят: "Вот пять тыщ ВЭЗов, через 3 месяца надо сдать отчёт, дайте геолого-геофизические разрезы и реестр УЭС выделенных ИГЭ для проектирования ЭХЗ". А руководители вашей изыскательской организации без зазрения совести подписываются под таким ТЗ, благополучно вешая всех собак на вас. И плевать, что у вас не хватает людей как поле, так и в офисе. И что нет автоматизации камеральной обработки таких объёмов. И что на субподряд в помощь искать надо было ещё вчера. Тыжгеофизик - вынь да положь.
⚠️ Использование договорного коэффициента, снижающего сметную стоимость работ. Посчитали вы по смете, учли все коэффициенты за условия работ и особенности методик, помножили на инфляционный коэффициент согласно квартальному письму Минстроя. А от Заказчика прилетает: "А у нас внутренним ЛНА для внешних подрядчиков предусмотрен понижающий в 0.4 от сметной стоимости!" И плевать, что это противоречит здравому смыслу. И что на это косо смотрит ФАС (к сожалению, пока только смотрит). И что по всем прямым и косвенным затратам вы даже в ноль не выходите. А уж если логистика к объекту замороченная и сам он у черта на куличках... Однако ваш предводитель изыскательской организации не моргнув глазом подмахивает договор подряда. И начинается давление на вас. Остаётся что?..
⚠️ Неоплачиваемая перетрассировка трассы линейного сооружения или перепосадка сооружений на генплане. Сделали поле, откамералились, вот уже пишете выводы в техническом отчёте... И тут прилетает от Заказчика: "Ой, а мы тут перетрассировку/перепосадку сделали, вы это учли у себя?" С трудом глуша рвущийся из нутра девятиэтажный мат смотришь на новый генплан и сопоставляешь со своей КФМ. И понимаешь, что Заказчик хрен выделит дополнительный бюджет на повторное проведение полевых работ и на камералку новых данных. Об этом, между прочим, тебе директор каждую утреннюю планёрку напоминает. И ты, скрепя зубами, "двигаешь" профиля и точки наблюдений на КФМ в контура новой посадки. И слава богу, если инженерно-геологические условия при этом не сильно меняются...
⚠️ Реальные прямые затраты на организацию полевых работ не отражаются в сметном расчёте. Это в том случае, когда точечный объект находится где-нибудь в Певеке, а вы базируетесь в Уфе. Затраты на самолёт-маршрутку-вертолёт в 2 и более раз превышают сметную стоимость собственно работ. Ну захотелось кому-то в Певеке знать УЭС грунтов для размещения ТПшки. Только вот дорога туда-обратно и питание с проживанием в 2 и более раз превышают стоимость того объёма работ, который предлагает Заказчик. Ну и оплата - сообразно стоимости работ по СБЦ, а не по реальным совокупным прямым затратам на логистику. Поедешь-полетишь же, да?..
Глубже проникнуться ситуацией можно в публикациях ГеоИнфо, у Гектар Групп и Нового компаньона, и даже на другом Дзен-канале - и это лишь верхушка айсберга, право слово.
Потенциальные индикаторы фальсификации
Определившись с причинами, можно обозначить и потенциальные индикаторы фальсификации данных в отчёте по геофизическим исследованиям при проведения инженерно-геологических изысканий. "Вот мудила!" - подумал кто-то из читателей. Однако замечу, что это именно ВОЗМОЖНЫЕ индикаторы, которые сами по себе ещё не являются доказательством наличия фальсификации данных в отчёте, но зато часто являются свидетельством низкой квалификации исполнителя отчёта.
✍️ Первичные данные геофизических исследований не включаются в состав технического отчёта, однако правилом хорошего тона является представление промежуточных результатов как камеральной обработки полевых материалов, так и исходных данных для ваших последующих тех или иных расчётов. Это могут быть как системы годографов в графическом или табличном виде для построения геосейсмических разрезов в рамках МПВ, это могут быть скорректированные кривые ВЭЗ в табличном и графическом виде, это может быть ведомость определения УЭС или проводимости в точках наблюдения на участке исследований, etc. А также это могут быть модели грунтовых толщ или входная акселерограмма в табличном и графическом виде, если вы составляете отчёт по сейсмическому микрорайонированию. Оставляйте возможность неглубокой проверки ваших построений и расчётов сторонними читателями вашего отчёта, ведь Заказчик всегда может отдать ваш отчёт почитать другому геофизику-изыскателю.
✍️ Вызывает недоумение отсутствие рельефа в геофизических разрезах, если на карте фактического материала отражён негоризонтальный рельеф - уклоны/подъёмы, локальные положительные и отрицательные формы рельефа, овраги и речушки, насыпи/каналы - и через них проведены линии геофизических профилей, по которым были построены разрезы. Прежде всего, неучёт рельефа может привести к искажению структуры разреза и к появлению ложных аномалий, которые ни разу не находившийся в поле геофизик-интерпретатор может ассоциировать с какими-то свойствами или характеристиками исследуемой геологической среды.
✍️ При комплексных геофизических исследованиях вызывает подозрение отсутствие корреляции, когда два геофизических параметра при прочих равных условиях не увязаны по значениям (или диапазонам значений) между собой. Например, повышение УЭС грунтов обычно сопровождается повышением и скоростей упругих волн. Естественно, при отсутствии водоносных горизонтов. Та же "слепота" георадара (полное затухание амплитуд сигнала в первом метре-полутора от дневной поверхности) явно не должна сопровождаться повышенными значениями УЭС (относительно фоновых или средних) в этой части разреза.
✍️ Ещё один настораживающий момент - необоснованная детальность геофизических построений в условиях этому не способствующих. Это когда по кривой ВЭЗ выделяют четыре ИГЭ с глинами и суглинками разной пластичности в одномерной геоэлектрической модели. Или аналогичное происходит с геосейсмическими разрезами в рамках МПВ. Ни один геофизический метод не сможет разделить, к примеру, разновидности глинистых грунтов. Только если в этих ИГЭ есть какие-либо включения типа дресвы-щебня или сильно разнится текучесть тех же глинистых грунтов. Удел геофизических методов в типовых случаях - это контрастные границы типа "глина-песок", "дисперсные-скальные", "выветрелые-невыветрелые", etc.
✍️ Сбивает с толку и отсутствие достаточно подробного описания методики полевых и камеральных работ в техническом отчёте. Особенно если это только отсылки на соответствующие пункты нормативно-технической документации. А уж в программе работ - тем более. Несмотря на возможность изменения программы работ по многим причинам уже после начала работ, такое фривольное отношение Исполнителя, как по мне, подразумевает отсутствие чёткого плана работ изначально. Тем более это выглядит странно, когда в отчёте используется не самый распространённый геофизический метод или его модификация для решения поставленных задач.
Общие принципы фальсификации данных
После потенциальных индикаторов "рисования" имеет смысл продолжить тему обсуждением принципов этого самого "рисования". Как сказал мне один человек в ответ на мои сомнения, стоит ли публиковать такой материал: "Те, кому нужны рисованные результаты, все равно их получат. Наша задача предупредить тех, кому нужно качество, но при этом не понимает внутреннюю кухню нашей работы."
1️⃣ Чем проще физико-математический аппарат метода - тем легче фальсифицировать его данные. Данные метода определения наличия блуждающих токов (БТ) проще "нарисовать", чем данные георадиолокационного профилирования (ГРЛП). У волновых методов в принципе "рисование" более трудоёмкое, чем у потенциальных методов.
➡️ Как следствие, чем ниже детальность метода при прочих равных - тем проще фальсифицировать его данные. Трудоёмкость "рисования" данных каротажа выше, чем данных того же вертикального электрического зондирования (ВЭЗ).
2️⃣ Интерполяция данных между двумя реальными точками наблюдения на профиле. Это хорошо работает при электропрофилировании (ЭП) или при ВЭЗ. Например, в ТЗ прописан шаг между точками в 50 м по профилю, в реальности отрабатывают с шагом 100 м по профилю. А по "пропущенным" точкам наблюдения данные добирают путем осреднения двух наборов реальных данных до и после этой "пропущеной" точки.
3️⃣ Использование инструментария решения прямой задачи (моделирования) геофизических данных по известной модели среды. Обычно перед камеральным этапом в том или ином виде имеются инженерно-геологические данные, на основе которых происходит интерпретация геофизических данных. Однако предварительное расчленение разреза на инженерно-геологические элементы (ИГЭ) и наличие их физико-механических характеристик позволяет смоделировать полевые данные тех или иных геофизических методов.
➡️ Как следствие, чем проще инженерно-геологические условия - тем легче "нарисовать" полевые данные геофизических методов.
➡️ Также, чем контрастнее литологические разности в геологической среде - тем ближе к реальности "рисуются" полевые данные геофизических методов.
4️⃣ Использование геоботанических и геоморфологических признаков для оценки интегральных значений. Это хорошо подходит для методов профилирования в простых инженерно-геологических условиях (двух-трёхслойная среда, контрастные слои). Весьма близко к истине данные рисуются в условиях распространения многолетнемёрзлых грунтов.
5️⃣ Корректировка полевых данных с соседнего исследованного участка. Подходит для площадных объектов с простыми инженерно-геологическими условиями, разбитых на несколько этапов строительства. Геофизические и физико-механические свойства грунтов в целом известны, осталось только приблизить к условиям текущего участка исследования.
N.B.!!! Следует понимать, что качественно "отрисовать" может только опытный геофизик-изыскатель, далеко не первый год работающий в отрасли. Также "рисовка" требует наличия всесторонних знаний по смежным геологическим и географическим дисциплинам. А по временным затратам качественная "рисовка" сопоставима с временем проведения реальных полевых работ. И уж тем более, далеко не каждый объект можно удовлетворительно "нарисовать". Полная фальсификация данных встречается редко, чаще всего данные частично фальсифицируются и это вызвано конкретными причинами (приведёнными выше).
Примеры и принципы "рисования" данных различных геофизических методов
➡️ В методе определения наличия БТ самое главное - определить вероятный тренд изменения показаний во времени. Это может быть как знакопеременный псевдосинусоидальный с различной частотой перехода через ноль, так и чисто положительный или чисто отрицательный тренд.
Анодная зона (только положительные значения разности потенциалов) характеризует места "входа" токов в грунтовую толщу, катодная зона (только отрицательные значения разности потенциалов) - места "выхода" токов из грунтовой толщи. Знакопеременная зона - наиболее опасная зона для будущего сооружения.
Основными источниками БТ в земле для подземных металлических сооружений являются электрифицированные железные дороги, трамваи, промышленный, карьерный и рудничный транспорт. То есть говорить о БТ в глухой тайге или в бесконечной тундре - в корне неверно! БТ не могут существовать без их источников. Иначе вы будете измерять естественные электрические потенциалы проходящих в грунтовой толще окислительно-восстановительных реакций или фиксировать фильтрационные потенциалы, связанные с направленным течением поровой жидкости в грунтовой толще.
Если измеряемая разность потенциалов устойчива, то есть не изменяется - ну, с учётом каких-то флуктуаций - по значению и знаку, значит в толще присутствуют токи естественного происхождения. В ином случае это указывает на наличие БТ от посторонних источников.
➡️ Отрисовка данных метода определения УЭС грунтов под задачи электрохимзащиты и того проще - тут вам понадобится максимально подробное описание грунтов от геологов-изыскателей и справочные данные по УЭС литологических разностей в ассортименте.
Само собой, необходимо учитывать наличие обводнения на искомой глубине, содержание глинистых частиц в составе грунта - это обычно ведёт к снижению значений УЭС. Наличие обломочного материала полускальных и скальных грунтов, органических включений в составе дисперсных грунтов ведёт к некоторому повышению значений УЭС.
Тут вопрос лишь вашего опыта - чем дольше вы занимаетесь электроразведочными методами, тем лучше вы знаете типичные значения УЭС тех или иных генетических типов грунтов. Так, к примеру, в лесу УЭС грунтов будет заметно выше, чем в степи. Наличие мёрзлых грунтов на искомой глубине - это сразу значения УЭС в первые тысячи Ом*м. Правда, мёрзлые глины имеют УЭС лишь в 3-4 раза выше немёрзлых.
При этом вы должны четко понимать, что УЭС до 20 Ом*м оценивается как признак высокой коррозионной агрессивности грунтов, от 20 до 50 Ом*м - как средняя агрессивность, свыше 50 Ом*м - как низкая агрессивность. При УЭС свыше 130 Ом*м вопросы коррозионной агрессивности уже не актуальны.
➡️ Отрисовка данных метода определения опасного влияния переменного тока промышленной частоты невозможна ввиду наличия множества факторов, влияющих на показатель-индикатор.
➡️ В отличие от предыдущих методов, фальсификация данных сейсморазведки МПВ основана на специальных программах по моделированию полевых данных на основе разреза с известными свойствами (иными словами - на основе решения прямой задачи).
Основная работа заключается в создании слоистой модели геологической среды и определения значений скоростей для слоёв в разрезе, Для этого нужны максимально полные, детальные и исчёрпывающие сведения и данные по инженерно-геологическому бурению и результатам лабораторных определений физико-механических свойств (ФМС). Хорошим тоном будет учёт вариативности значений по латерали в каждом слое (в каком диапазоне меняются значения плотностей, а значит - и скоростей) и учёт геотренда (в каком направлении или азимуте фиксируется тренд на снижение или на повышение средних значений ФМС, а значит - и скоростей). По затратам времени этот этап чуть ли не самый длительный, и чем меньше ариорных данных - тем дольше стабилизируются те или иные решения при составлении модели среды.
После составления модели среды на каждом пункте наблюдений (пункте сейсмозондирования) решается прямая задача - получение первичных полевых (сейсмограммы) или первичных камеральных (годографы) материалов. Систему годографов проще всего получить в геофизическом ПО типа ZondST2D, сейсмограммы - в ПО типа Tesseral Pro. Так как такие данные получаются слишком "гладкими" вследствие отсутствия влияния других факторов в реальных условиях производства полевых работ, то необходимо внести "белый шум" в эти данные. Для годографов - это некая флуктуация времени пикировки в 3-5 мс вдоль приемной линии (причём можно смоделировать увеличение размаха флуктуации с увеличением удаления от источника), для сейсмограмм - внесение ненулевых, но малоамплитудных значений квазисинусоидального типа в каждую трассу на синтетической сейсмограмме. Чем лучше разработана модель среды, чем лучше вы освоили ПО с функцией решения прямой задачи - тем качественнее у вас получится "нарисовать". Хотя на время создания фальсифицированных первичных данных эти факторы не влияют - плюс-минус одинаково из-за однотипных циклических действий.
После получения синтезированных первичных данных, которые так или иначе подобны реальным данным, остаётся только одно - работать с этими данным как реально полученными. То есть загружать материал в ПО для обработки сейсморазведочных данных, проводить пикировку годографов (если исходные - это сейсмограммы), проводить увязку системы годографов (если исходные - это годографы), простраивать геосейсмический разрез, определять его количественные параметры. По сути, делать всё то же самое, что вы бы и делали после получения реальных полевых данных. Экономии на времени камеральных работ - никакой, соответственно. И в этом главная ошибка Заказчиков фальсификата, так как чаще всего фальсификат требуется создать в сильно ограниченные сроки - ещё вчера - в связи с проблемами на этапе прохождения государственной экспертизы.
Ещё один вариант фальсификации первичных сейсмограмм - это после получения физико-геологической модели необходимо определиться с годографами первых вступлений и с помощью кустарного ПО, напрямую работающего с .sgy-файлами, сдвинуть по времени все трассы всех реальных сейсмограмм с соседнего участка работ соответственно полученным теоретическим годографам. Естественно, вы не сможете увеличить количество ПВ на взятых для последующей фальсификации данных, придётся подстраиваться под то, что имеете. Однако естественный вид сейсмограмм - гарантирован. Ну разве что заголовки подчистить и откорректировать. Такой подход прикрывает вашу жопу при необходимости предоставления исходных полевых материалов.
➡️ Сложность фальсификации данных метода электротомографии (ЭТ) такая же как у метода преломленных волн (МПВ), так как "рисовка" основана на тех же принципах - на решении прямой задачи. Опять же, при помощи геофизического ПО типа ZondRes2D или Res2Dmod или open-source-аналогов. Опять же, необходимо тщательно изучить инженерно-геологические данные и составить геофизическую модель распределения УЭС по инженерно-геологическому разрезу с ИГЭ. Опять же, по времени всё это выходит так же, как если бы полевые данные собирали в реальности.
Фальсифицировать данные ЭТ (да и в принципе данные методов сопротивлений) проще - в ней отсутствуют границы первого рода (на которой происходит скачкообразное изменение геофизического параметра, характеризует резкое изменение свойств), только границы второго рода (на которой скачком изменяется производная геофизического параметра, характеризует нерезкое изменение свойств). То есть основная ваша задача - размыть резкие границы на модельном геоэлектрическом разрезе, с которого вы синтезируете фальшивые полевые данные. Это привнесёт и необходимый "белый шум" в данные.
Один из вариантов частичной фальсификации данных ЭТ - это "арифметическое" осреднение в различных комбинациях разрезов КС нескольких единичных ЭТ-расстановок, полученных в простых инженерно-геологических условиях. Это можно сделать как вручную в том же Excel, так и в программе обработки ЭТ-данных путём нехитрых манипуляций типа импорта наблюдённых и экспорта расчетных данных. Такие вот синтезированные ЭТ-расстановки затем могут "склеиваться" в достаточно протяженные ЭТ-разрезы, которые вполне себе похожи на что-то реально полученное. Ну и чтобы в общих чертах совпадало с инженерно-геологическими данными.
➡️ Алгоритм фальсификации данных ВЭЗ ничем не отличается от предыдущих геофизических методов, хотя фальсифицировать данные этого метода ещё проще, чем данные сейсморазведки МПВ.
Идеально для такой задачи подходит, как ни странно, IPI2win или ZondIP1D, алгоритм которых построен на последовательном приближении наблюдённой кривой ВЭЗ к теоретической. Любые изменения на теоретической кривой приводят к изменению геоэлектрической 1D-модели и наоборот. То, что изначально было инструментом интерпретации, одновременно стало и инструментом моделирования.
Классическая ошибка в случае фальсификации данных ВЭЗ - это подгон УЭС под мощности слоёв имеющейся инженерно-литологической колонки, когда каждый ИГЭ принимают как отдельный геоэлектрический слой. А в результате получаются неадекватные для имеющейся литологии значения УЭС, что хорошо видно на графическом представлении 1D-модели. Ыссесна, литологически одинаковые ИГЭ следует объединять в один геоэлектрический слой.
Самый популярный способ частичной фальсификации данных метода ВЭЗ - это интерполяция между двумя соседними кривыми ВЭЗ. Когда результирующая кривая получается поразносно простым исчислением среднеарифметического значения dU. Ну, ыссесна, сила тока I должна быть одинаковая на используемых для отрисовки реальных кривых ВЭЗ.
И даже если вы внесёте в "нарисованную" кривую ВЭЗ некий "белый шум", это даже не будет учтено программой обработки, так как подгон к теоретической кривой подразумевает сглаживание всех "шероховатостей" на наблюденной кривой.
➡️ Если говорить за георадарное профилирование, то с одной стороны фальсифицировать его данные в том же gprMAX или GPR-Slice не так уж и сложно при заданной модели среды даже с криволинейными границами раздела, а с другой стороны - практически невозможно обеспечить "натуральность" этих данных, ведь в реальных условиях на приёмную антенну приходят отражения от объектов из верхнего полупространства (от самого оператора, от стен домов, от столбов, от заборов, от автомобилей), а также влияют такие факторы как слабая согласованность излучающей антенны с изучаемым нижним полупространством и "шероховатость" поверхности нижнего полупространства. Единственный пока приходящий на ум возможный выход - это взять реальную георадарограмму, "вычесть" из неё все целевые волны (границы раздела и гиперболы дифракции), а оставшийся "фон" слагать с синтетической записью. Однако потребуется в некотором смысле альбом остаточных фонов, чтобы обеспечить адекватную "рисовку" на большом объёме данных.
➡️ Данные метода микросейсмических колебаний на текущий момент невозможно адекватно "отрисовать", чтобы это соответствовало реальным условиям площадки изысканий. Вы не сможете смоделировать источники вибрационных и электромагнитных помех, которые будут зафиксированы в волновом пакете или в спектре этой записи. То же относится и к способу Накамуры - вы не сможете построить нормальный псевдоспектр HVSR, не имея адекватного сигнала на всех трёх компонентах.
➡️ С методом отражённых волн по способу общей глубинной точки (МОВ-ОГТ) та же ситуация, как и с георадарным профилированием - синтезирование целевых волн в том же Tesseral Pro проблем не вызывает, критическая проблема - обеспечить "натуральность" сфальсифицированных сейсмограмм. И не дай бог нужно заморочиться с линией приведения... Это ж откуда-то статические поправки придётся выдумывать.
➡️ Простые геофизические методы в каротажных и скважинных вариантах достаточно легко поддаются фальсификации - те же КС, ПС, ГК и т.п. В разы сложнее и практически невозможно приблизиться к образам реальных данных со всякими АК, ВСП, инклинометрией, расходометрией... Связано это, как уже говорилось выше, с физико-математическим аппаратом конкретного геофизического метода, либо с наличием таких геологических и гидрогеологических факторов, которые ведут себя непредсказуемо в любом моделировании.
Aut Caesar, aut nihil
Собственно, на этом заканчиваем тему фальсификации данных изыскательской геофизики. Хочется верить, что выданный расклад по возможностям фальсификации заставит задуматься как потенциальных Заказчиков, так и потенциальных Исполнителей в части целесообразности таких действий. Потому как финансовые затраты на фальсификацию данных вроде как и меньше, чем проведение реальных полевых работ, но временные затраты и трудозатраты сопоставимы, а иногда даже и превышают аналогичные при проведении реальных работ. А если во главу угла у кого-то всё же ставится экономия финансовых средств, то настоятельно рекомендую почитать опубликованный на "ГеоИнфо" материал, косвенно связанный с темой фальсификации данных в том числе.