Почему нельзя заменить бурение георадаром. Хотя альтернативы есть…

Не нужно завидовать богатым.

Они первыми раскупают билеты на Титаник...

Юмор Шредингера

Преамбула

Из Тюмени пришло письмо. Пишет знакомый геофизик. Недавно закончил Тюменский индустриальный. Вот содержание письма:

«...Сейчас потенциальный работодатель просит написать статью-обоснование по георадару на водных объектах. Хочет с помощью этой статьи полностью заменить геологию на реках, чтобы не бурить с баржи, а только делать георадаром. Могли бы вы мне как-нибудь помочь с материалом?»

Просьба – иезуитская. В Тюмени всегда были сильны нефтяные и каротажные геофизики. На такие методы они смотрят, как на шаманство.

И я как мог поиздевался.

Реальные и виртуальные технологии

Почему продолжает «срывать крышу» у инвесторов (девелоперов и технических заказчиков) строительства? И так уже дальше некуда экономить. На городские изыскания капитал тратит 0,16%. На проектирование – 1,14%. На административные расходы – 8,8%. На рекламу – 0,88%. На функцию технического заказчика – 1,26%, накладные расходы – 0,46%. На СМР – 71%. Эти средние цифры как-то озвучивались в журнале «ГеоИнфо».

Мысль заказчика продолжает работать в направлении того, как сэкономить на замене сложных, дорогостоящих и времяемких технологических задач по изучению оснований.

И огранивается этим только потому, что сэкономить на надежности и безопасности в ПОС не позволит экспертиза. Да и на что еще может работать их мысль, летающая по фальшивому треугольнику: сроки – цена – качество.

Между тем, стандартный путь замены одной технологии на другую хорошо и давно всем известен: сначала необходимо потратиться на НИР и ОКР, потом апробировать в течение 5–10 лет, а затем внести изменения в нормативные документы. И все: путь свободен, проект проходит экспертизу «по зеленому коридору».

По такому пути в части замены старых материалов и технологий на новые идет стройиндустрия в развитых странах.

С другой стороны, еще остались косвенные технологии, апробированные временем и буровым станком. Такие технологии некоторые называют «виртуальные буровые скважины». Они не вошли в кодекс обязательных, но признаны мировым сообществом (имеют международное признание у инженеров горного профиля).

В отдельных случаях, на отдельных (обычно, ранних) этапах проектирования их упоминают строительные правила. Например, относительно закрытых для обычного бурения акваторий. Или в современных технологиях микротоннелирования, когда строительство сразу сопровождается преобразованием слабых оснований или идет их опережающее армирование.

Однако только те технологии могут выступать кандидатами на роль «виртуальных скважин», которые не относятся к группе «шаманских» методов.

«Шаманские» методы в геофизике

Ниже приведены признаки «шаманских» методов в геофизике от Greg Hodges (далее – GH) в замечательном переводе В. Шевнина.

Нужно определить, является ли метод, о котором идет речь, продуктом чрезмерно усердного маркетинга (OS), неверных научных принципов (MS) или же обычным мошенничеством (ВС).

Чрезмерная оценка (переоценка OS) является наиболее безвредным примером темной стороны геофизики. Обычно это результат энтузиазма или отчаяния при получении контракта.

Введенная в заблуждение наука (MS) – это такая часть темной стороны геофизики, где продавец пытается делать хорошую геофизику, но реально не понимает физических принципов предлагаемого метода или методики. Метод, может быть, не имеет ясных физических основ, но продавец полагает, что это хорошая геофизика. MS метод может быть нормальной геофизикой, но применяемой совершенно неверно. В качестве примера можно привести георадар для глубин в тысячи метров.

Научные исследования изобилуют подобными историями MS, часто называемыми «Патологической наукой» (Langmuir, 1953, Turro, 1998) или шаманской наукой (Park, 2000). Классическим примером является холодное сплавление. Лозоискатели относятся к категории введенной в заблуждение науки – большинство из них не может объяснить, как она работает, но они верят, что она работает.

Когда шаманская геофизика пересекает границу мошенничества, она попадает на темную сторону геофизики – в явную аферу, или кратко BS. Мастер BS знает: то, что он продает, не есть хорошо – или, по меньшей мере, кто-нибудь в их организации это знает. Ключевым компонентом маркетинга их продукта становится секретность. Они знают, что если любой здравомыслящий ученый заглянет внутрь их системы, то увидит ее невозможность. Уход от научного исследования является ключевым элементом BS. Эти продавцы скорее всего не появятся на такой научной конференции как SAGEEP – там будет слишком много вопросов, на которые они не могут ответить.

Геордарные технологии

Итак, поговорим о GPR, или в просторечии георадарах.

Мало сказать, что у этого метода сомнительная теоретическая база. Она другая, из другой области знаний. Она из акустики и якобы из законов прохождения электромагнитного поля через радиополупрозрачные среды. Целиком без переделок применяются законы геометрической сейсмики при интерпретационных приемах способом t0. Но даже геометрическая сейсмика предполагает применение остронаправленных систем.

И дело даже не в нелинейных природных средах-фазовращателях и условиях на границах разрыва. Законы среднего времени другие. Не по принципу Гюйгенса-Френеля. Время релаксации (рассасывания зарядов) исчезающе мало – первые нанносекунды. Значит, обнаружить диэлектрические границы совсем не просто. Токи смещения и вектор плотности токов смещения введены как фиктивные математические функции. То есть в основе метода лежит не волновая природа, а дуальная казуистика.

Нанносекундный видеоимпульс (радиоимпульс) распространяется в полупрозрачных и непрозрачных средах на короткое время с аномально сильным затуханием, сопровождается сильной реверберацией. Теоретически метод (по теории поля) соприкасается с методом становления поля в ближней зоне. Это класс неустановившихся не гармонических (импульсных) полей.

Иными словами, у метода нет собственной теоретической базы. Есть лишь две диссертационные работы, посвященные аппаратуре, то есть технической электродинамике. Из серьезных работ, раскрывающих особенности теории распространения геофизических полей данного диапазона в геологических средах и с такими источниками, хорошо известна одна.

Одновременно технология является продуктом маркетинга. В России – три производителя аппаратуры. В Латвии и Швеции по одному. В США – один.

В РФ проходят регулярные конференции. В 2002–2010 гг там собиралось максимум 100–150 молодых инженеров. Это не тянет на международное признание. Интерес к технологии – плавающий (то затухающий, то усиливающийся). Таким образом, имеем по классификации GH метод OS+MS. А это другая реальность.

Проектная реальность – геотехника

Проектная же реальность сводится к тому, как полученные данные от «виртуальных скважин» использовать для расчета оснований. Называется эта реальность геотехника.

Вообще говоря, проектировщика интересует только одно: прочность и деформируемость геоматериала с различными (начальные, секущие, E₅₀ , E₈₀) деформационными модулями. Если он оперирует теорией упругости (Кулона) и кругами Мора. Если он привлекает теорию пластичности Ильюшина, тогда нужны расширенные эпюры прочности на гистерезисных петлях: нагрузки-разгрузки материала.

В сложных случаях нужны тесты на нагрузочную способность геоматериала сопротивляться ускорениям.

Какие методы геофизики могут дать данные по упругим (начальным) свойствам природных материалов? Правильно, только сейсмические, правильнее инженерно-сейсмические, еще правильнее, сейсмотомография 2,5D–3D/3C на волнах сжатия и сдвига (SE). Но сейсмотесты – это очень дорогой вид исследований, сопоставимый по стоимости с разведочной (не технической) скважиной (без стоимости отбора образцов нарушенных и не нарушенных – test hole).

Заключение

Не получается сэкономить в геологическом изучении акваториальных участков на замене прямых методов на косвенные. Зато можно видеть – есть альтернатива GPR. И альтернатива – в умелом комплексировании скважин и сейсмотестов.

Почему не в комплексировании скважин и GPR. А потому что на таких радионепрозрачных акваториях как Волга, Обь, Иртыш, Енисей и Москва-река при мощности водной толщи более 8-9 м GPR сигнал затухает. Совсем.