КАК ВОЕНМЕХОВЕЦ ОКАЗАЛСЯ ГЕОФИЗИКОМ

 

9.1_01.jpg

«Байкальский» вибратор ЦВО-100

9.1_02.jpg

Аппаратурный комплекс КАРС в максимальной конфигурации

9.1_03.jpg

Схема просвечивания одного из вероятных глубинных очагов будущих землетрясений

9.2_01.jpg

Колёсный передвижной вибратор Н.В. Макарюка

9.2_02.jpg

Схема быстросборного вибратора В.В. Маньковского

9.2_03.jpg

Владимир Маньковский у только что смонтированного им вибратора ЦВ-30

9.2_04.jpg

Владимир Кашун демонстрирует японскому сейсмологу свой бысросборный вибратор ЦВ-40

Сейчас Вы здесь: .:главная:. - .:статьи:. - .:как военмеховец оказался геофизиком:.

Глава 9
Конверсия на сломе эпохи

(Вячеслав Юшин)

9.1. Байкальский мониторинг

С приходом горбачевской «перестройки» (1985 г.) подули было свежие ветры в паруса мирных приложений ВПЗ. Впрочем, для ученых последнее и ранее оставалось главным. Одной из таких проблем было изучение сейсмоопасных зон и поиск путей прогноза землетрясений. С этой целью в сердце так называемой Байкальской рифтовой зоны, отличающейся высокой сейсмичностью, в 1990 г. был смонтирован 100-тонный вибратор ЦВО-100 (см.фото)

К этому времени Николай Геза построил новый аппаратурный комплекс под названием КАРС (на фото), который имел две модификации. Одна из них управляла вибратором и контролировала его работу, а другая содержала 12-канальную систему оптимального приема сигналов в реальном времени (усовершенствованная «Береза»). Будучи одномоментно синхронизованы по широковещательму сигналу точного времени, обе системы затем могли длительно непрерывно и совершенно автономно работать как единое целое, находясь сколь угодно далеко друг от друга.

С помощью всей этой техники предполагалось «мониторить» напряженное состояние земных недр в надежде заблаговременно обнаружить их опасное повышение, чреватое внезапным разрушительным землетрясением.

Индикатором нарастания внутреннего напряжения в области вероятного очага землетрясения может служить изменение скорости проходящей сквозь него сейсмической волны. Чтобы это обнаружить, надо регулярно просвечивать очаг сейсмическим лучом, соблюдая идеальную его повторяемость. Однако для нахождения численного значения связи скорости с напряженностью, необходим надежный калибратор. О таком калибраторе позаботилась сама природа: непрерывно повторяющиеся лунно-солнечные приливы твердой оболочки планеты порождают в ее толще пульсации упругих напряжений, хорошо изученные геофизиками. Остается только экспериментально зарегистрировать соответствующие вариации скорости и сопоставить их с прогнозируемыми значениями приливных напряжений.

Поясним подробнее. От вибратора по всем направлениям распространяется множество сейсмических лучей. Большинство из них, нырнув в глубь земной коры, затем вследствие рефракции выходит на поверхность, подчиняясь хорошо изученным сейсмологами закономерностям. Чтобы поймать сейсмометром именно тот луч, что прошел сквозь область конкретного вероятного очага, необходимо вести прием колебаний на определенном азимуте и расстоянии. С целью регистрации упомянутых вариаций и был задуман следующий эксперимент. На Рисунке (см.фото) проиллюстрирована его география.

Колебания регистрировались на удалении 125 км вблизи пос. Харат Усть-Ордынского Бурятского автономного округа (это значительно западнее озера Байкал уже в сейсмически спокойной зоне, но прежде чем добежать до приемной системы, волна заведомо проходит сквозь самую сейсмоактивную область на глубине 10 км под ложем Байкала.

Эксперимент проводился в октябре 1991 г. и продолжался непрерывно более 10 суток, в течение которых каждые 2 часа давался сеанс вибрации. В результате была получена представительная экспериментальная выборка «вариация времени пробега волны в сопоставлении с вариацией упругого прилива».

Заметим, что подобные эксперименты выполнялись и ранее другими исследователями. Большинство из них относились к близпоперхностным массивам, подверженным не только приливным, но и значительно более интенсивным суточным вариациям другой природы. Однако существовала одна известная работа, относящаяся именно к глубинным структурам. Она основывалась на статистической обработке огромного количества каталожных землетрясений. В ней доказывалось, что в процессе суточного цикла упругого прилива скорость может варьировать на 1%. Наша же система была способна заметить приливную вариацию скорости, даже если бы она составила всего 0.01%. Но, увы, не заметила! Таким образом, этот эксперимент показал, что прилив слишком слаб, чтобы стать калибраторам тектонических напряжений. Более того, из него следовало: чтобы измерить приливные вариации скорости, необходимо повысить чувствительность метода еще раз в 100, что практически невозможно.

Однако этот эксперимент неожиданно осветил другое, пожалуй, не менее практически важное явление, которое можно назвать «эффектом управляемой разрядки опасных напряжений». Дело в том, что вскоре после первых запусков байкальского вибратора еще на стадии его отладки в 1990-м году неподалеку произошло достаточно сильное (с магнитудой около 6) землетрясение, но с тех пор вот уже 28 лет таких сильных событий поблизости не наблюдалось. Гипотезу о возможности заблаговременного сброса накопившихся напряжений, пока они не достигли опасного уровня, путем их провоцирования мощными вибрациями, выдвинул в качестве одного из множества аргументов в обоснование программы ВПЗ ее основоположник А.В. Николаев (ныне член-корр. РАН). И байкальский вибратор – пока один достоверный факт, подтверждающий эту гипотезу.

В целом результаты этого уникального эксперимента, несмотря на их публикацию в отечественной (1999) и зарубежной (1994, 2010) литературе, вызывают острый интерес до сих пор. Недавно авторы получили предложение выпустить римейк зарубежной публикации этой работы за счет издателя.

9.2. Поиск конструкции и история рождения передвижного вибратора для ВПЗ

Одним из наиболее перспективных приложений мощных вибраторов является их применение вместо взрывов для глубинных сейсмических зондирований (ГСЗ). Но для этого необходимо, чтобы их перемещение на новое место было бы не дороже организации многотонного взрыва. И здесь в «вибробратстве» столкнулись две конструкторские концепции, назовем их условно, «колёсная» и «быстросборная» (я упоминаю только те, которые были реализованы в «железе»). К середине 80-х и особенно после нашего знакомства с гомельским стационарным вибратором стал понятен основной секрет эффективности «дальнобойных» вибраторов: важна не столько вынуждающая сила, сколько общая колеблющаяся масса. В частности, именно поэтому американские сейсморазведочные вибраторы, обладавшие к тому времени уже силой около 30 тонн (то есть, три таких в группе были примерно равны по силе одному новосибирскому 100-тоннику), тем не менее, не «пробивали» такие же глубины и дальности как ЦВ-100. Значит, высокая масса изучающей платформы была принципиально необходима для «дальнобойного» вибратора*. Напротив, в сейсморазведочных вибраторах ее стараются снизить до предела, добиваясь широкого частотного диапазона. Особенно ярко это проявилось на примере гомельского вибратора: на мой взгляд, ему просто не хватало колеблющейся массы.

«Колесную» схему продвигал Николай Макарюк. Им были построены два образца, последний из которых показан на фото. Вибратор состоит из трех секций, каждая из которых снабжена быстросъемными колесными ходами от артиллерийских систем и транспортируется как отдельный автоприцеп. На одной из секций (т.н. активной) располагается 4-х дебалансный возбудитель с двигателями и 4 бочки-цистерны для воды по 2,5 куб. м. каждая. Две других (т.н. пассивных) секции содержат по 8 таких же бочек. Пассивные секции служат только для увеличения колеблющейся массы и при сборке на месте работ жестко сочленяются с активной. После заполнения водой колеблющаяся масса достигает более 50 тонн.

Первым и последним практическим использованием этого вибратора оказался вибромониторинг сооружений Смоленской АЭС. Внезапное прекращение финансирования после дефолта 1993 г. не позволило даже возвратить его в Новосибирск. Он был просто брошен и утерян.

«Быстросборную» конструкцию впервые реализовал Владимир Маньковский. Схема вибратора представлена на фото. Она частично повторял схему ЦВ-100, но с несколькими весьма существенным отличиями. Во-первых, двигатели устанавливадись на отдельной платформе и соединялись с дебалансами карданными валами. Это позволило практически снять проблему их виброзащиты и попутно избавиться от неуравновешенности излучающей платформы. Во-вторых, достигнутое высокое качество систем управления позволило отказаться от механической связи между дебалансами, заменив ее автономным управлением каждым из двигателей. В-третьих, необходимая масса достигалась простым наращиванием количества совершенно одинаковых стальных пластин. Монтаж установки резко упрощался: весь вибратор собирается подобно детскому конструктору из небольшого набора простых в изготовлении деталей с помощью самого доступного 3-тонного автокрана. Кроме того, такая схема была оптимальна для построения сети стационарных источников долговременного активного мониторинга сейсмоопасных зон и разработки нефтяных месторождений. Поскольку вибратор проектировался еще в СССР, предполагалось, что наиболее тяжелую и трудоемкую его часть после сборки можно будет безбоязненно оставлять без охраны на время между сессиями наблюдений, и только на момент зондирования привозить и подключать передвижную электростанцию, двигатели и систему управления (как же мы ошибались!). Первый образец такого вибратора был изготовлен в Новосибирске в 1989 г. и смонтирован в таежной глуши в Иркутской области

В 1992 г. вибратор отработал полевой сезон по глубинному сейсмозондированию, после чего был оставлен на месте работ в расчете на их продолжение в следующем году. Однако продолжения не случилось. Вся эта 30-тонная махина железа вскоре бесследно исчезла, вероятно, в виде металлолома в недалеком Китае.

Более счастливая участь сложилась у серии подобных вибраторов, построенных В.Н. Кашуном. К настоящему времени их было построено 3 различных образца, последний из которых представлен на фото

С помощью этого вибратора до сих пор продолжается многолетний мониторинг напряженного состояния земной коры в районе Быстровского вибросейсмического полигона, начатый более 20 лет назад. Два других после некоторого оживления геофизических работ в конце нулевых успешно использовались для проведения глубинных исследований в самых малоизученных районах Якутии и Магаданской области. С их помощью в сложнейших условиях бездорожья пройдены тысячи километров профилей ГСЗ. Об уникальных результатах и драматических последствиях этих научных исследований я надеюсь рассказать отдельно.

* - Массивная платформа в совокупности с естественной упругостью грунта обеспечиваю механический резонанс в области оптимальных частот сейсмических сигналов, подобно тому, как катушка индуктивности с конденсатором создают радиочастотный резонанс, без которого невозможна радиосвязь


© Вячеслав Юшин

2010-2018


Копирование частей материалов, размещенных на сайте, разрешено только при условии указания ссылок на оригинал и извещения администрации сайта voenmeh.com. Копирование значительных фрагментов материалов ЗАПРЕЩЕНО без согласования с авторами разделов.

   
 
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
1. Военмех
2. 2
3. Новосибирский Академгородок
4. На пути к «Вибролокатору»
5. Новосибирск-Баку-Каинск
6. Вибролокатор: старт, взлет, финиш
7. Начало проекта ВПЗ
8. Триумф ВПЗ
9. Конверсия на сломе эпохи
 
ПОДСЧЕТЧИК
 
Эту страницу посетило
16842 человек.
 

 

 



Powered by I301 group during 2000-2005.
© 2004-2018
Хостинг от SpaceWeb