История геофизики

Поворотным  событием для процесса моего понимания физики поля упругих колебаний был первый в моей жизни спуск в угольную шахту для осуществления сейсмоизмерений с помощью мною же изготовленной аппаратуры. Это было летом 1977-го года.   

Дело  в том, что акустические измерения имеют  такую специфику, что целый ряд эффектов очень трудно увидеть в лабораторных условиях. И действительно, оказавшись в шахте, я сразу же увидел эффект, который сразу поставил крест (пока что только для меня) на всей общепринятой парадигме сейсморазведки.   

Для методологии развития научного познания - это факт банальный. Результат самого заурядного экспериментального исследования может оказаться могильщиком как угодно математизированной гипотезы.   

Эффект  этот заключался в  том, что в качестве реакции на ударное  воздействие на горный массив возникает затухающий гармонический сигнал1. Вот этот, казалось бы, незначительный момент сразу и безоговорочно перечеркнул все здание сейсморазведки, которое вот уже целый век поддерживается беспрецедентными экономическими подпорками. Для тех, кому эта логика не очевидна, поясню.   

Гармонический (иначе говоря, синусоидальный), в том числе, и  затухающий гармонический  сигнал можно получить одним единственным способом, а именно, с помощью колебательной  системы. И если мы видим, что отклик на ударное воздействие имеет вид затухающего гармонического сигнала, то не должно вызывать сомнений, что имело место ударное возбуждение колебательной системы. Струна, маятник, электрический колебательный контур - это все известные представители колебательных систем. Но мы же договорились, что познание бесконечно, а стало быть, может быть, есть еще и неизвестные колебательные системы. И когда я в 1977 году увидел, что сейсмосигнал содержит затухающую синусоиду, я так и понял, что имеет место какая-то неизвестная еще колебательная система.   

Но  почему же при этом оказывается перечеркнутым  принцип звуколокации в твердых средах2? А дело в том, что  здесь либо-либо. Либо у вас в  результате ударного воздействия на горный массив возникает  звуковой импульс, который  затем распространяется во все стороны по законам геометрической оптики и отражается от препятствий (в чем и заключается принцип сейсморазведки), либо совершенно иная картина. Если мы наносим удар, скажем по поверхности колокола, то он реагирует весь, всем своим объемом, будучи объемным резонатором. И было бы странно, если бы мы работу колокола описывали как многократное отражение первичного сигнала. Этого сигнала там просто нет. Он сразу же, в момент удара преобразуется в колебательный процесс, в затухающую синусоиду. Так же оказалось и в горном массиве. Стало быть, первичный, зондирующий импульс в земной толще просто отсутствует, а распространяется в ней уже возникший там колебательный процесс, причем распространяется не по законам геометрической оптики, а в направлениях, соответствующих геометрии тех колебательных систем, которые там залегают.   

Главным и чуть ли не единственным механизмом сейсморазведки является интерференция. Но гармонический  сигнал интерференцией не получить. Дело в  том, что синусоида - это элементарный и неделимый на более простые составляющие информационный кирпичик. А интерференция, как известно, позволяет получать сложный сигнал путем суммирования более простых. Ведь не даром же ряды Фурье - это сумма синусоидальных составляющих. Потому что проще, чем синусоида - уже не бывает.   

Содержание  предыдущего абзаца известно из школьного  курса математики. Однако, вот уже  в течение 25 лет, когда  я пытаюсь эти  аргументы произнести с какой-нибудь трибуны (на семинарах, конференциях и т.д.), возникает  реакция неприятия. Основной тезис заключается в том, что, поскольку я по образованию не сейсморазведчик, то мне просто неизвестно, что с помощью интерференции можно получить любой сигнал. Я согласен, действительно любой, кроме гармонического.   

Вот именно поэтому я особое удовольствие получаю, ссылаясь на цитату из Крауклиса, приведенную выше3. Стоило, конечно, достигать уровня доктора физико-математических наук, чтобы заявить такое.   

Впрочем, существует очень  полезное правило  этического порядка, которое заключается в том, что нельзя ничего из уже созданного отрицать, не предлагая ничего взамен. А предлагать в 1977 году еще было нечего. Впереди была очень большая работа. Предстояло выяснить, что именно выполняет роль колебательных систем в земной толще, физику преобразования ударного воздействия в гармонический отклик, и ответить на множество других вопросов, возникавших по ходу исследований.   

Ведь  если вам посчастливится ответить хотя бы на один вопрос, поставленный Природой, на их месте  возникнет несколько новых. Нам (мне и очень немногочисленным моим коллегам) посчастливилось ответить на несколько вопросов. Так что возникшие на их месте новые вопросы нас просто погребли под собой.   

Нам удалось выяснить, что обнаруженная еще в 1977 году новая  колебательная система, в частности, может быть представлена плоскопараллельной геологической структурой. При этом частота возникающего при ударе гармонического сигнала однозначно связана с мощностью (толщиной) этой структуры. Вот этот-то факт и явился основой нового, альтернативного направления сейсморазведки. Суть его - пересчет частотного спектра сейсмосигнала в геологический разрез. То есть возникла спектральная сейсморазведка.   

Надо  сказать, что, с одной  стороны, работа по созданию спектральной сейсморазведки шла очень успешно, был обнаружен ряд новых, неизвестных ранее физических эффектов. Так, кстати, скажу, что обнаружить один-единственный неизвестный ранее физический эффект - это уже событие мирового значения. А в моей книге, размещенной на веб-сайте www.newgeophys.spb.ru, вы найдете их несколько. Это, знаете ли, само по себе очень приятный момент - знать, что на Земле нет никого, кто бы обнаружил столько нового в физике. Но всю эту положительную сторону работы очень уравновешивало изрядное количество дегтя.  

Дело  в том, что, по мере увеличения понимания  процессов, происходящих при формировании и распространении  поля упругих колебаний  в земной толще, я  все больше убеждался, что одновременно существовать и традиционная и спектральная сейсморазведки не могут. Если есть распространение зондирующего импульса, значит, нет места для возникновения собственных гармонических колебаний. А если есть возникновение собственных гармонических процессов, то не может быть распространения первичного, зондирующего импульса. В наличии гармонического отклика на ударное воздействие мы убедились неоднократно. То, что разрез, полученный в результате спектрально-сейсморазведочного подхода, однозначно соответствует реально существующему геологическому разрезу, мы также убеждались многократно. Но, с другой стороны, в соответствии с материалами научной литературы, материалами прессы и отчетами экспедиций, на счету традиционной сейсморазведки есть видимо-невидимо просто блестящих результатов. И опять я понимал только одно - что я ничего не понимаю.   

На  помощь, как уже  было неоднократно, пришел Случай. Я  был командирован от Горного института  в Тюмень. Уже не очень помню, зачем. Но так получилось, что я попал  туда, когда Тюмень гуляла по поводу какого-то местного праздника. Это нужно было переждать, потому что никто не работал, и выполнить свое задание я не мог. В какой-то момент люди, к которым я приехал, "влили" меня в веселящийся коллектив, и оказался я за одним столом с сейсморазведчиками, на счету которых числилось открытие тюменской нефти.   

Я не знал, как мне  выяснить то, что  меня интересовало больше всего на свете. И  тогда я предложил  тост за авторов этого  великого открытия. Это вызвало реакцию, на мой взгляд, совершенно неадекватную. Сначала  все возмутились  и стали между  собой выяснять, кто я такой. А когда выяснилось, что я из Ленинграда, то это их очень развеселило. Потому что тогда мне простительно, что я ничего не знаю.   

-А  чего же я не  знаю?   

-А  того, что сейсморазведка  к открытию Тюменской  нефти не имеет  никакого отношения.   

-...?   

Как утверждали эти геофизики, сейсморазведка применялась  только тогда и  там, когда и где  из скважины уже пошла  нефть. Это по документам, по отчетам и интервью глупым журналистам  было так, что сначала  была сейсморазведка, затем ее результаты уточнялись другой какой-нибудь геофизикой, после чего бурили и давали нефть. А на самом деле, в Западной Сибири, как и всюду, искали нефть методом проб и ошибок, применяли аэромагнитную съемку, и бурили, бурили и бурили.   

На  полное мое недоумение - опять вспышка веселья и уже встречный недоуменный вопрос: неужели мне неизвестно, что тот, кто владеет сейсморазведкой, владеет всем - жилфондом, транспортом, людьми... Да деньгами, в конце концов, потому что там, где применяют сейсморазведку, на нее отводится 95% всех геофизических денег.   

Я знал к тому времени, что страны, позволяющие  роскошь иметь  собственную геофизику, действительно, тратят на сейсморазведку примерно 95% всех геофизических  денег. Но то, что  единственное назначение сейсморазведки - 20-кратное  увеличение стоимости геофизических работ, мне не могло прийти в голову. Наоборот, факт дороговизны как бы свидетельствовал за эффективность этого метода! И потом, в конце концов, неужели и в других странах такое тоже было возможно?! Потом, уже встречаясь с зарубежными геофизиками, я полностью убедился в том, что жулики во всех странах одинаковые. Но в тот момент...   

Увидев  мое недоверие  к сказанному ими, тюменские геофизики-сейсморазведчики предложили мне следующий  тест. А вы, говорят, попытайтесь добиться, чтобы какие-нибудь геофизики выполнили сейсморазведку и сделали бы ее интерпретацию до того как им уже все известно о геологическом разрезе в данном месте. У вас, говорят, ничего не получится. Потому что ни один сейсморазведчик в Мире на такое не пойдет.  

Как ни странно, нечто  подобное я потом  услышал от патриарха  сейсморазведки и  сейсмологии Г.И. Петрашеня. И не только услышал, но и многократно  прочитал в его  трудах.   

Забегая вперед, скажу, что  с тех самых  пор на всех семинарах, международных конференциях по геофизике, на выставках - мы пристаем к сейсморазведчикам с предложением осуществить исследования в месте, где полностью отсутствует геологическая информация. Согласных на это не находится. Были, правда, случаи, когда геофизики как бы соглашались на это, а сами пытались перед проведением сейсморазведки применить электроразведку или другие, действительно работающие методы. Тюменцы оказались правы.   

Надо  ли говорить, насколько  легче в моральном  отношении стала  после этого наша работа по экспериментальному изучению формирования и распространения поля упругих колебаний как шахтных, а затем, полевых условиях, а также в лаборатории. Правда, только в моральном. Потому что, поняв, что их хитрости стали секретом Полишинеля, власть имущие геофизики (а это исключительно сейсморазведчики) пошли на силовые методы борьбы. Это ликвидация моего курса в ЛГИ, это физическое уничтожение нашей лаборатории. И, наконец, в 1993 году - изгнание нас из ЛГИ.   

Другое  дело, что все их попытки нам навредить  в конечном итоге  шли на пользу нашей работе. Хотя бы даже с нашим изгнанием. Дело в том, что с 1977-го года по 1993-й развитие спектральной сейсморазведки шло целиком на базе подземных, шахтных исследований. Будучи с 1993-го года лишенными возможности спускаться в угольные шахты, мы начали развитие наземной спектральной сейсморазведки, и за 10 лет обнаружили столько принципиально нового уже не только в акустике твердых сред, но в геологии, строительной науке, экологии и других областях нашего бытия, что хватило бы для очень многих ученых. Но это, к сожалению, сейчас невозможно. О причинах этого будет сказано дальше.   

Недаром философия всегда считалась наукой всех наук. И методология  развития научного познания как ее раздел. Согласно методологии, бесполезных  открытий не бывает. И обнаружение нового физического эффекта неизбежно приводит к созданию, как минимум, нового исследовательского метода. Далее, согласно той же методологии, исследовательский метод, имеющий в своей основе новый физический эффект, неизбежно становится источником принципиально новой информации. Эти постулаты блестяще подтверждаются на примере развиваемой нами спектральной сейсморазведки. Мы не будем здесь перечислять все многочисленные возможности уже широко известного метода спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП). Отметим только, что использоваться метод ССП может и при полном отсутствии априорной информации. Думаю, что этот момент говорит сам за себя.   

Спектрально-акустическое (спектрально-сейсморазведочное) направление на сегодняшний  день уже достигло уровня самостоятельной и самодостаточной научно-практической разработки. Самым главным нашим достижением я считаю даже не те возможности, которые появились, а то, что все без исключения положения этого направления доказываются экспериментально.   

Ну, а что же физика поля упругих колебаний, веточкой которой  и является традиционная сейсморазведка? К  сожалению, акустика твердых сред пошла  по тому же пути, что  и сейсморазведка. В этой области  знания есть некоторые  достижения, полученные чисто экспериментально. Теория же ее находится в весьма плачевном состоянии. Ни одно из положений ее экспериментально не доказывается.