Бессилие от знания или может ли история помочь физикам
Осознав это, я направил свои усилия на создание простых лабораторных установок, с помощью которых можно было бы моделировать принцип сейсморазведки. То есть, проще говоря, принцип акустической локации. Однако и здесь возникли совершенно непредвиденные и нигде почему-то не описанные сложности.
Как оказалось, принцип звуковой локации, легко моделируемый в воздухе и в жидкостях, в твердых средах не работает. Исключение составило очень незначительное число материалов, и в частности, оргстекло. В оргстекле легко наблюдать возникновение акустического импульса при ударном воздействии, а также распространение этого импульса и отражение его от границ, которое действительно происходит по законам геометрической оптики.
Однако в подавляющем большинстве материалов - стекле, керамике, металлах и сплавах, а также в горных породах - ни сам акустический импульс, ни его распространение, а тем более, отражение, увидеть нельзя. При ударном воздействии на объекты из подавляющего большинства твердых материалов возникает не отдельный импульс, а длительный колебательный процесс, и распространяется этот процесс явно не по законам геометрической оптики. Никаких следов отраженного от границ сигнала при этом также не видно.
В принципе, мы, не желая того, получили доказательство того, что в большинстве твердых сред (а главное, что в том числе, в горных породах) принцип звуковой локации не работает. Но распространить этот вывод на всю сейсморазведку мы не могли опять же в силу ее представительности. В самом деле, не могла же на пустом методе возникнуть огромная, востребованная во всем Мире область знания.
Однако как бы там ни было, читать курс при отсутствии уверенности в существовании читаемого объекта было нельзя. Я было уж принял решение отказаться от чтения этого курса, поставив себе диагноз "профнепригодность". Но вдруг, в начале 1977 года я получил предложение принять участие в натурных сейсмоизмерениях в условиях угольных шахт. Для этого была подготовлена измерительная аппаратура, позволяющая определять частотный спектр сейсмосигнала.
Как известно, сейсмосигналы, принимаемые сейсмоприемниками при сейсмоизмерениях, имеют вид длительного колебательного процесса неоправданно большой амплитуды. Согласно утверждению ученых-сейсморазведчиков, такого рода сигналы возникают в результате интерференции между множеством элементарных отражений зондирующего импульса от залегающих в земной толще мелких границ. Этот, так называемый, паразитный звон является объектом, с которым борется сейсморазведка в течение всего времени своего существования.
У сейсморазведчиков есть надежда, что если бы удалось уменьшить его амплитуду, то удалось бы, наконец, увидеть на сейсмограммах сам эхо-сигнал. Так вот, как оказалось в результате уже самого первого нашего шахтного измерения, что надежда эта напрасна, но зато спектр этого самого "паразитного звона" однозначно связан с геологическим разрезом в зоне измерений. Дело в том, что, как оказалось, сейсмосигнал, возникающий при ударном воздействии на горный массив, имеет вид не каких-то произвольных по форме и спектру колебаний, а представляет собой одну или несколько затухающих синусоид. При этом частота f0i каждой из этих составляющих имеет величину, связанную с толщиной (или, как говорят геологи, мощностью) hi породного слоя следующим выражением:
f0i = 2500/hi [(м/с)/м = Гц] (1)
Какой физической реалии соответствует числитель выражения (1), имеющий размерность скорости, тогда было еще неясно, но, выявленное чисто эмпирически, это соотношение выполняется с погрешностью, не превышающей 10% для всего спектра пород угленосной толщи - от слабого аргиллита и до прочнейшего песчаника и известняка при численном равенстве числителя 2500 м/с.
Из этой случайной находки следовало три вывода. Первый заключался в том, что, используя выражение (1), то есть, иначе говоря, спектрально-сейсморазведочный подход, можно без бурения получать информацию о мощностях пород, залегающих как в кровле, так и в почве подземной выработки. Эта информация имеет крайне важное для шахтеров значение, в связи с чем немедленно началась разработка соответствующей аппаратуры. Аппаратура эта впоследствии получила название "Резонанс", и использовалась для оценки и прогнозирования устойчивости пород кровли во всех угольных регионах СССР.
Второй вывод заключался в том, что колебательный процесс, возникающий при ударном воздействии на горный массив, не является мешающим, поскольку содержит информацию о его геологическом строении. Этот вывод накладывал определенные требования на аппаратуру, которые заключаются в том, что она не должна ни в малейшей степени искажать спектр сигнала. Требование это никогда раньше перед сейсмоаппаратурой не ставилось, и выполнение его потребовало весьма нетривиальных решений.
Немного больше о технологиях >>>
Особенности советской и американской науки
Что
мы имели?
Сейчас
много пишется о разрушении советской науки, о тяжелом положении, в котором
оказались ученые и научные сотрудники бывшего СССР. И это действительно так.
Чтобы разобраться в этом, рассмотрим хотя бы схематически организацию советской
науки.
Одной
из к ...
Ошибка Лоренца
В
физике часто используются очевидные положения, которые представляются
достаточно ясными и не требуют последующего обоснования. Это не всегда оправдано,
поскольку есть случаи, приводящие к парадоксальным следствиям. Тогда приходится
возвращаться к анализу «очевидных положений» ...
