Перевод: Терещенко А.С.

Material source: http://www.newgeophys.spb.ru/en/article/report/index.shtml.

Glikman A.G. - "About seismics".

 

Что же такое сейсморазведка?

            Любой метод исследования, включая и геофизический, могут быть эффективными только тогда, когда это основано на весьма конкретном физическом эффекте. И наоборот, если метод не физический, а наблюдается экспериментально, то развитие данного метода ни к чему не приведёт. Другими словами, потенциальная способность геофизического метода находится в твердой зависимости от того, насколько реальные свойства используемой физической области приняты во внимание.

            Самый важный метод в геофизике - сейсморазведка - был создан без учёта реальных свойств упругих колебаний в твердых материалах, и в основе данного метода был положен несуществующий эффект. Пуассон предложил идею звуколокации, которая присуща твёрдым телам. Идея заключается в том, что ударное воздействие способствует появлению звукового импульса в горном массиве, это воздействие распространяется во все стороны.

            В начале XX столетия, приблизительно через 70 лет после того, как Пуассон сформулировал свою идею, были начаты эксперименты с реализацией сейсмических работ. В итоге, с того дня и до недавнего времени, никому не удавалось обнаружить распространение, отражение зондирующего импульса.

            Вместо ожидаемого эхо-сигнала, который должен был быть идентичным зондирующему импульсу, сейсмический сигнал с самого начала представлял собой затухающий колебательный процесс с большой амплитудой. Длительный колебательный процесс наблюдался в непосредственной близости от точки ударного воздействия, что не давало «видеть» зондирующий импульс. Все это не соответствовало математическому описанию всех процессов, которые, по представлениям ученых, должны происходить при сейсмических работах.

            Как правило, когда результаты эксперимента не соответствуют первоначальной гипотезе, начинаются научные поиски этого несоответствия. В этом случае это не имело место. Кроме того, в начале XX столетия было заявлено, что акустика твердых материалов - сейсморазведка как наука, закончила своё развитие, поскольку любая ситуация может быть описана математически.

            Это был очень странный шаг, потому что объявить об окончании познания в любой области - ерунда, поскольку познание бесконечно. И относительно акустики твердых материалов, то здесь такое приложение вообще должно было бы воспринято как шутка.

            В акустике твердых материалов, до настоящего времени, не создан датчик основных параметров в области упругих колебаний. И это означает, что ни один из параметров, которые входят в уравнения, описывающие упругие колебания, не может быть определен экспериментально. Следовательно, с точки зрения методологии, использования математического аппарата для описания упругих колебаний является преждевременным. Все эти моменты привели к тому, что сейсморазведка  в целом не находится в компетентности метрологических служб.

            В течение 1909-1910 лет, когда было объявлено, что развитие акустики твердых материалов зашло в тупик, произошли эпохальные события в судьбе сейсморазведки. Несмотря на отсутствие эхо-сигналов и усилительной техники, были сделаны открытия, которые поместили сейсмическую разведку на высоту, недоступную для других геофизических методов. На основе этих открытий были сделаны действительно глобальные заключения: о жидком состоянии ядра Земли, о том, что кора Земли под континентами более толстая, чем под морями.

            Происхождение колебательного процесса, который наблюдается при сейсмической разведке, было воспринято как результат интерференции между множеством отражений от множества залегающих в земной коре границ. Геофизика начала считать этот колебательный процесс шумом, который предотвращает обнаружение эхо-сигнала. И главная тенденция развития сейсмической разведки стала борьба против этого шума. Метод борьбы - совершенствование оборудования, а затем и программ обработки.

            Для вовлечения денежных средств, необходимых для совершенствования оборудования, было необходимо представить сейсморазведку как эффективный геофизический метод. И следовательно вторая задача - это создание систем фальсификаций, направленных на представление сейсморазведки как эффективный геофизический метод. Основной приём заключался в том, что сейсморазведка применялась только тогда, когда уже есть геологическая информация, которая может быть получена с помощью бурения или (и) с помощью различных геофизических методов, а в отчёте эта информация скрывается. Таким образом, открытие многих месторождений, которые были открыты с помощью других средств, приписано сейсморазведке.

            Так, все силы были брошены в этих двух направлениях, а непосредственно физика формирования и распространения упругих колебаний оказались вдали от интереса сейсмической разведки. И поэтому, вероятно, никто не обращал внимание на спектр этого паразитного звона, то есть, непосредственно, сейсмического сигнала. Когда в 1977 году мы выполнили исследование спектра сейсмосигнала, то выяснилось, что он имеет вид затухающей синусоиды, и чаще, нескольких. Это очень важно, потому что никакая интерференция не может привести к возникновению такого сигнала.

            Физики, по сравнению с математиками, не являются вольными в своих действиях. Если математик, описывая модель, может принять любые гипотезы относительно этой модели, то физик обязан продвигаться вперёд в зависимости от результатов уже сделанных экспериментов. Поэтому исследователь, который обнаружил реакцию на удар, которая имеет вид на затухающую синусоиду, не может вести дальнейшую работу иначе, только по такой логической методике:

1. Только колебательная система может преобразовать ударный импульс в затухающую синусоиду. Значит, первое, что необходимо было делать после обнаружения подобного рода сейсмосигнала - это искать, какой объект исполняет роль колебательных систем. Такую задачу решили довольно быстро, уже в 1977 году, когда выяснилось, что этим свойством обладают плоскопараллельные объекты почти из всех твердых сред, в том числе, и геологические структуры. Было выяснено, что в плоскопараллельной геологической структуре ударный импульс преобразуется в затухающую синусоиду, которая (а не сам импульс) и распространяется вдоль этой структуры.

2. Дальше необходимо было найти соответствие между характеристиками геологических структур и их свойств как колебательных систем. Эта задача также была решена в том же году, и была обнаружена эмпирическая зависимость между толщиной (мощностью) h плоскопараллельной геологической структуры и собственной частотой f0 этой структуры как колебательной системы. Обнаружение этой зависимости положило начало спектральной сейсморазведке, то есть методу, позволяющему определять толщины залегающих в земной толще геологических слоев на основании спектра сейсмосигнала.

h=k/f0    (1)

3. Далее, следовало выяснить, во-первых, что представляет собой коэффициент k, имеющий размерность скорости, и почему этот коэффициент имеет на удивление постоянное для всех типов горных пород значение, равное 2500м/с с отклонением от этого значения, не превышающим 10%. Это было очень важным моментом, так как все вопросы, связанные с кинематическими характеристиками поля упругих колебаний, являются ключевыми. Согласно справочникам, нет таких скоростей распространения упругих колебаний, которые имели бы столь одинаковое значение в различных горных породах. Наоборот, как указано в этих самых справочниках, скорость в одной и той же породе может изменяться в несколько раз.

            Очень важно было понять, за счёт чего происходит преобразование ударного воздействия в синусоидальный сигнал. Развитие теории спектральной сейсморазведки было невозможно без понимания физики этого явления. Это стало возможным в 1982 году, когда происходило внедрение первого поколения оборудования спектральной сейсмической разведки. Это было оборудование угольной шахты для того, чтобы предсказывать устойчивость пород кровли. Значимую роль в том, чтобы ответить на многие вопросы,  сыграл эффект акустического резонансного поглощения (АРП), который был обнаружен в том же году. В физике таких эффектов поглощения немного - ферромагнитное, парамагнитное, электронное, гамма-поглощение. Теперь к фундаментальным эффектам можно прибавить и эффект акустического резонансного поглощения.

            Я хотел бы напомнить, что физика прежде всего, сумма физических эффектов и явлений, и каждый из них одинаково важен для развития физики. Как известно, многие из известных физических эффектов на сегодняшний день воспринимаются на чисто констатационном уровне. Эффект резонансного поглощения занимает специальное место среди физических эффектов, потому что с помощью данного эффекта происходит понимание других эффектов и явлений. В формуле АРП (1), важным результатом было выяснение смысле коэффициента k, который является скоростью поперечных волн Vsh. И таким образом, возник «правильный путь» определения скорости Vsh. И формулы (1) приобрела такой вид:

h=Vsh/f0    (1’)

            При этом выяснилось, что поперечный (сдвиговый) процесс - это мнимая часть поля упругих колебаний. И в результате стали понятны, некоторые эффекты, которые наблюдаются при сейсморазведке. В частности чрезвычайно низкое затухание упругих волн при их распространении вдоль геологических структур. Здесь мы видим сходство с электромагнитным полем. Электромагнитное поле характеризуется реальной, которая отвечает за активные потери - нагрев, механическая работа, и мнимой составляющими. Известно, например, что с помощью одноваттного передатчика радиолюбители связываются на предельных расстояниях, вплоть до противоположных точек Земли. Точно так же происходит и при распространении поля упругих колебаний. Сейсмосигнал (а он всегда имеет вид затухающего гармонического процесса) формируется мнимой (поперечной) составляющей поля, и затухание его весьма незначительно. То есть все сейсмосигналы, принимаемые различными сейсмоприемниками при сейсмоработах, сформированы поперечными волнами. Но, в конце концов, ведь получают же при сейсмоработах сигналы, которые вполне могут оказаться эхо-сигналами, пусть спектрально и неидентичными зондирующему импульсу. И если эти эхо-сигналы приходят через какие-то там секунды, значит, они являются отражением от каких-то глубоко залегающих границ. Вот эта логика и заставляет сейсморазведчиков искать, от каких именно находящихся на больших глубинах отражающих поверхностей отразился зондирующий сигнал. Однако на самом деле, это не совсем так.

            Но всё же, в результате ударного воздействия (при сейсмоработах) распространяется не сам импульс, а собственные колебания, которые возникли в результате данного воздействия в структуре твёрдого тела. Собственные колебания, которые возникли в горизонтальной геологической структуре распространяются согласно законам геометрической оптики, и только в рамках этих геологических структур. И когда при сейсмических работах говорят о том, что эхо-сигнал получен с какой-то глубины, то это не так. Полученный сигнал - это эхо-сигнал, но от вертикальной границы геологической структуры, в которой возник данный колебательный процесс. Это проверяется очень просто. Если смещение сейсмо-косы в какую-то сторону приводит к изменению момента прихода эхо-сигнала на время, соответствующее этому смещению, то, очевидно, придется прийти к выводу о том, что эхо-сигнал приходит не из глубины, а сбоку. Но если эхо-сигнал приходит не снизу, а сбоку, то становится понятным, почему сейсморазрез никогда не соответствует реальному геологическому разрезу.

 

                                                                                                    Наверх  

© ДонНТУ, Терещенко Алексей Сергеевич, 2009