История геофизики

Российский Государственный Геологоразведочный

Университет 

Геофизический факультет 

Курсовая  работа

 по  дисциплине «История геофизики»

на тему: Сейсморазведка  
 

Составил:  
 

        Принял:  
 
 
 
 
 
 

     Москва

      2010 
 
 
 
 

     Введение 

  Сейсмическая разведка – это один из важнейших видов геофизической разведки, который основан на изучении распространения в земной среде искусственно созданных упругих волн (поле упругих колебаний), которые вызываются  взрывом или ударом, опускаются в глубину земной коры, где происходит преломление или отражение.

Любой исследовательский, в том числе, и геофизический  метод может оказаться эффективным  только в том случае, если он основан  на вполне конкретном физическом эффекте. И наоборот, если основой метода оказывается не физический, то есть, экспериментально наблюдаемый, а чисто умозрительный, мысленно сконструированный эффект, то развитие этого метода неизбежно будет идти в тупиковом направлении.  

Иначе говоря, потенциальная  способность геофизического метода находится в жесткой зависимости от того, насколько учитываются реальные свойства используемого физического поля.  

Так сложилось, что самый представительный в  геофизике метод - сейсморазведка - создавался без учета реальных свойств  поля упругих колебаний в твердых средах, и в основе его оказался как раз такой вот, несуществующий эффект. Предложив в качестве модели сейсморазведки идею звуколокации в твердых средах, Пуассон предполагал, что ударное возбуждение порождает упругий (звуковой) импульс, который должен распространяться во все стороны в горных породах, и при этом отражаться от находящихся в земной толще границ в соответствии с законами геометрической оптики. 

                                                                                                      История 

В 1829 году в Париже, в  Трудах Парижской  Академии Наук появилась  статья Пуассона, посвященная применению волнового уравнения для описания распространения упругих волн в твердых средах. Эта статья оказалась основополагающей для описания всей акустики твердых сред и основного направления ее - сейсморазведки. Решив волновое уравнение для двух граничных условий, Пуассон получил выражения для описания продольных и поперечных упругих колебаний.   

Собственно, идея сейсморазведки возникла очень давно. О том, как используют звуколокацию летучие  мыши и дельфины, было известно, и  использование этого принципа также и в твердых средах казалось очевидным еще где-то в XVII веке. Пуассон только формализовал эту идею.   

Будучи  математиком высочайшего  класса, Пуассон был  к тому же методологически  грамотным ученым. Он понимал, что полученное им математическое описание поля упругих колебаний является гипотетическим, поскольку в то время акустические измерения осуществлять было еще нечем, и нельзя было и помыслить о какой-либо проверке. Чтобы стать теорией, гипотеза должна быть подтверждена экспериментом. По этой причине вышеупомянутая статья не вошла в его двухтомник по теоретической механике, который увидел свет в 1831 году.   

С уходом Пуассона из жизни в 1840 году, отношение  к описанию поля упругих  колебаний радикально изменилось. Ученые начали относиться к гипотезе Пуассона как к теории, и продолжая решение волнового уравнения для других (также умозрительно заданных) граничных условий, получали, тем самым, описание других типов упругих колебаний. Так, в 1885 году Рэлей дал описание поверхностных волн (волн Рэлея). И далее, все математики, которым удавалось решать волновое уравнение для определенных граничных условий, могли рассчитывать на увековечивание своего имени в результате того, что новый тип упругих колебаний будет назван их именем. Так "возникли" волны Лява, Лэмба, Стонли… Процесс этот продолжается до сих пор, и иногда приобретает анекдотический характер. Так, г-н Крауклис П.В. (сотрудник ЛОМИ им. Стеклова д-р ф-м н.), ознакомившись с результатами наших исследований, попытался представить их как следствие наличия неких kr-волн (надо полагать, Крауклис-волн), которые возникли в результате того, что "Условия конструктивной интерференции ... способствуют моночастотности сигналов". Что называется, понимающему достаточно... Но к этому его изречению мы еще вернемся.   

В этой гонке за персональным типом упругих  колебаний не знаю, чего больше - заблуждений, тщеславия или, как  в последнем случае, обмана. Но попутно, шли и сейсмоизмерения. Первые же сейсмоизмерения  не показали главного - не было обнаружено наличия самих эхо-сигналов. А следовательно, не было получено и сейсморазреза как такового.   

Я понимаю, что при  столь высокой  очевидности идеи сейсморазведки и  таком количестве крупных математиков, приложивших руку, сразу, при первой же неудаче отказаться от нее было бы нереально. Тем более, что в самом начале ХХ века было провозглашено, что, как наука, акустика твердых сред завершила свое развитие. Ученые считали, что любая ситуация в этой области знания может быть описана с помощью волнового уравнения, а, следовательно, акустика целиком переходит от ученых в компетенцию математиков. Что касается компетенции, то так и произошло. Все современные ученые-сейсморазведчики являются чистыми математиками, никогда в жизни не осуществившими ни одного акустического измерения.   

Здесь есть один очень знаменательный момент. Я не могу себе представить  уровень методологической безграмотности ученых, заявивших, что в  какой-то области  познание завершено.   

Познание  бесконечно, и как  бы мы ни относились к себе как к носителям абсолютной истины, из XXIII века на нас будут смотреть с такой же снисходительностью, как мы сегодня на век XVII-й. Более того, известно, что, как только какую-то область знания объявят завершившей свое развитие, как месть наступит незамедлительно. То есть появятся факты, показывающие именно бесконечность познания также и в этой области знания.   

В общем, логичнее всего  было возложить вину за неудачу на несовершенство применявшейся тогда  сейсмоаппаратуры. Что  и сделали.   

Но, с другой стороны, для того, чтобы получить финансирование на дальнейшее развитие сейсморазведки, необходимо было после первых сейсмоизмерений предъявить хоть какой-нибудь положительный результат. И этот результат был предъявлен. Да еще какой!   

В 1909 году профессор Загребского университета, геофизик Мохоровичич объявил о том, что ему удалось средствами сейсморазведки обнаружить на глубине в несколько десятков километров границу между породами мантии и коры Земли. Это был гениальный ход, поскольку ни подтвердить, ни опровергнуть эти данные и на сегодняшний-то день невозможно, а не то что тогда. Эту границу назвали поверхностью Мохоровичича. Эту жилу стали разрабатывать и другие, столь же "удачливые" ученые, и следом за Мохоровичичем австрийский геофизик Конрад сделал аналогичное "открытие", согласно которому на глубине от 10 до 70 км существует граница между гранитом и базальтом. Затем, уже после этого было объявлено, что средствами сейсморазведки обнаружено, будто толщина (или, как говорят геологи, мощность) коры под океанами меньше, чем под материками. А также, что ядро Земли находится в жидком состоянии.   

Понятно, что деньги на развитие такого мощного геофизического метода сразу же нашлись, и сейсморазведка буквально зашагала по всей Земле. При  этом совершенно естественно, что инвесторов больше интересовали более приземленные возможности сейсморазведки, при поисках месторождений, при инженерно-геофизических работах. Вот тогда и возникла особая технология интерпретации сейсморазведки. Технология эта сводится к тому, чтобы "подтягивать" результаты сейсморазведки к уже имеющейся информации о строении земной толщи. Важной составляющей этой технологии является то, что при составлении отчета указывается, что при интерпретации сейсморазведки информации о строении земной толщи в изучаемом районе еще не было.   

К величайшему своему изумлению, я выяснил  этот механизм при  ознакомлении с историей создания легенды  о вкладе сейсморазведки в открытие Тюменской  нефти. Но об этом потом.   

Необходимо  отметить, что сомнения в истинности получаемой с помощью сейсморазведки информации возникали. В порядке прояснения ситуации возник международный проект, известный как сверхглубокая скважина на Кольском п-ове. В качестве проверки было принято решение о проведении сейсморазведочных работ в зоне предполагавшегося бурения, причем до начала этого бурения. Для осуществления сейсморазведочных исследований при Ленинградском Горном институте была создана международная лаборатория Балтийского щита. После обработки и интерпретации результаты сейсморабот были, что называется, положены в сейф, а после изучения керна пробуренной до 12-ти км скважины было осуществлено сравнение сейсморазведочного и геологического разрезов. Конфуз был неописуемый. Несовпадение оказалось настолько абсолютным, что власть предержащие геологи не нашли ничего умнее как результаты... засекретить. А от кого, кстати, засекретить? Ведь иностранные ученые, участвовавшие в этом проекте, с результатами ознакомлены...   

То  есть сейсморазведочный  лохотрон стал международным.   

На  сегодняшний день сделано уже 6 попыток переинтерпретации полученных тогда сейсмограмм с тем, чтобы добиться совпадения с геологическим разрезом. Все они оказались неудачными.   

Но  это все я узнал  сравнительно недавно. А в начале...   

Так сложилось, что, имея радиотехническое образование, я с 1973 года начал читать студентам Ленинградского горного института лекционно-лабораторный курс по шахтной геофизике. Вначале я довольно спокойно к этому отнесся, так как научной и учебной литературы было вполне достаточно, чтобы читать этот курс на нормальном уровне.   

Любая геофизика - это более  чем на 90% сейсморазведка. Особых проблем здесь  не предвиделось. Математики решили все проблемы сейсморазведки, и  мне осталось только привести в соответствие свое математическое образование.   

Однако  геофизика, как часть  физики, не может  преподаваться без  соответствующей  лабораторной базы. И вот тут, создавая лабораторную базу для  своего курса, я столкнулся с тем, что, если по всем геофизическим  методам (электроразведка, магниторазведка, радиоактивные методы и т.д.) поставить лабораторные работы можно без проблем. и с их помощью можно смоделировать в лаборатории практически любую реальную ситуацию, то по сейсморазведке лабораторных работ просто не существовало. Если точнее, то лабораторные работы по сейсморазведке были, но это было исключительно математическое моделирование. То есть вычислительному устройству задавалась некая мысленно смоделированная ситуация, и уже ее развитие изучалось студентами.   

В отсутствии лабораторных работ любая физическая дисциплина теряет связь с физикой и превращается в формальное жонглирование математикой. Я исходил из того общеизвестного момента, что физика сама по себе - это, прежде всего, совокупность реально существующих эффектов и явлений. А вот с доказательствами реальности эффектов в сейсморазведке оказалось туго.   

Об  этом трудно говорить, и первоначально  я не мог этого  произносить даже самому себе. Но сегодня, спустя много лет, когда уже создана  новая, альтернативная парадигма акустики, можно заявить во всеуслышание, что ни одно фундаментальное положение акустики твердых сред (и сейсморазведки как ее основной ветви) не имеет экспериментального доказательства.   

Поняв это, я решил свою преподавательскую  деятельность прекратить. Читая студентам  лекции, я твердо понимал, что не имею на это морального права, поскольку не понимал вообще ничего. И жутко боялся любого вопроса. Но студенты тоже ничего не понимали, и, оглушенные неподъемной математикой, по сейсморазведочной части курса вопросов не задавали.   

Одним из аргументов того, что я не бросал этих своих исследований и чтение курса, было отношение к моим вопросам ученых-сейсморазведчиков. А заключалось  оно в том, что  с их стороны предпринимались  все мыслимые и  немыслимые (типа угроз  о физической расправе) меры, чтобы у меня не было возможности эти исследования продолжать.   

Надо  отметить, что при  всей абсурдности  государственного устройства СССР, которое мы сейчас видим, тогда  были средства, позволившие  мне устоять против всей этой как бы научной своры. Одним из этих средств было то, что я направлял в прессу и в Отдел науки при ЦК КПСС копии всех документов и материалов, направленных на ликвидацию моего курса и физического уничтожения моей лаборатории.