Физика и практика спектральной сейсморазведки

Идея сейсморазведки настолько проста, что высказывалась учеными еще в XVIII веке. То есть, очень задолго до того как она могла бы быть реализована. Прямолинейное распространение звука в однородных средах представляется настолько очевидным, что наличие эхо-сигналов в твердых средах так же, как и в воздухе и воде, естественно, никогда не оспаривалось. В силу этой очевидности, за сто лет до первых практических измерений, в двадцатых годах XIX-го века, путем решения волнового уравнения Пуассон описал распространение упругих колебаний в твердых средах и предсказал наличие в них продольных и поперечных упругих колебаний. Этим он определил всю дальнейшую судьбу теоретической акустики твердых сред, развитие которой вплоть до наших дней идет по пути математического анализа возможных решений волнового уравнения для различных граничных условий.

Начавшиеся в 20-х годах ХХ столетия практические сейсмоизмерения не показали главного: не удалось обнаружить эхо-сигнала. Какие-то всплески на сейсмограммах возникают, но вместо того, чтобы повторить по форме короткий зондирующий импульс, сейсмосигнал обычно представляет собой длительный колебательный процесс необъяснимо большой амплитуды.

Как-то само собой возникло мнение, что длительный колебательный отклик на ударное воздействие есть результат интерференции между множеством отдельных эхо-сигналов, каждый из которых является отражением от какой-то элементарной границы, количество которых в земной толще бесконечно велико. Сам же длительный колебательный отклик получил названия паразитного интерференционного (или реверберационного) звона.

Однако отсутствие эхо-сигнала нервировало. Отказаться от столь простой и заманчивой идеи сейсморазведки, к тому же уже обросшей мощным математическим обеспечением, было уже невозможно. Неудачи же с практической реализацией этого геофизического метода списали на счет несовершенной аппаратуры.

С тех пор, уже более 80 лет практическая сейсморазведка идет по пути совершенствования аппаратуры. В результате этого совершенствования, аппаратурно-программное обеспечение сейсморазведки к настоящему моменту стало самым сложным, громоздким и дорогим по сравнению со всеми остальными геофизическими методами. Но к сожалению, по сути это ничего не изменило, поскольку ни один из результатов теоретических, а на самом деле, математических изысканий так и не удалось доказать экспериментально. Более того, экспериментально не доказано вообще ни одно из фундаментальных положений акустики твердых сред…

Вместе с тем, начиная с 1977-го года в теоретической акустике твердых сред развивается научное направление, которое является альтернативным традиционному. Направление это получило название спектрально - акустического и, соответственно, спектрально-сейсморазведочного. Основное отличие этого направления от традиционного заключается в том, что все его положения доказываются экспериментально.

Отличие спектрально - сейсморазведочного подхода от традиционного сейсморазведочного состоит в том, что если согласно общепринятой парадигме земная толща представляет собой по акустическим свойствам совокупность отражающих границ, то согласно спектрально - сейсморазведочному подходу, на самом деле, земная толща по акустическим свойствам представляет собой совокупность колебательных систем.

История развития физики наряду с великими открытиями знает также и великие заблуждения. Как правило, заблуждения эти возникают в результате того, что идея, лежащая в основе научного направления, представляется настолько очевидной, что воспринимается как не требующая доказательства аксиома. Понятно, что если идея эта ошибочная, то развитие ее неизбежно ведет в тупик. Так было, например, когда усилия нескольких поколений астрономов были направлены на доказательство того, что все небесные объекты описывают при своем движении окружности вокруг неподвижной и находящейся в центре мироздания Земли.

Так уж устроено наше сознание, что подвергнуть проверке, а тем более, сомнению первоначально очевидную идею оказывается весьма затруднительным из морально-этических соображений, предрассудков или когда находиться в состоянии заблуждения просто выгоднее, чем выходить из него.

Специалисты в области истории развития науки считают, что процесс смены парадигмы обычно затягивается на срок, превышающий время жизни одного поколения. Однако это наблюдение сделано в тот период, когда интернета еще не было. Поэтому задачей настоящей работы является не только изложение экспериментов, позволяющих разобраться с физикой распространения и формирования упругих колебаний в реальных средах, а также описание аспектов практического использования сейсморазведки, но также и попытаться с помощью интернета ускорить процесс принятия новых научно-практических взглядов.

Большое сомнение в начале вызывала необходимость объединить в одной работе описание физики поля упругих колебаний и практических информативных возможностей этого поля. Однако сложилось так, что, если судить по рекламным данным, все задачи, представленные во второй главе, могут быть решены традиционными геологическими и геофизическими методами, причем, на гораздо более высоком уровне, чем это может быть обеспечено спектрально-акустическими методами. К сожалению, школа геофизики такова, что я не могу назвать ни одной другой области человеческого бытия, где бы настолько возможности не соответствовали обещаниям. Поэтому, предлагая обе главы в одной работе, мы даем возможность читателю самостоятельно разобраться в реальной ситуации.

Материал настоящей работы в ходе развития представлений о предмете будет корректироваться и пополняться.

Настоящая работа не является учебником в общепринятом смысле, когда весь материал автору понятен, и остается только изложить устоявшиеся положения. В данном случае, наряду с некоторыми осознанными и понятыми моментами, для меня в излагаемых вопросах осталось очень много непонятного, и я не намерен это скрывать, поскольку надеюсь на конструктивное обсуждение предлагаемого материала.