7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

…Они спорят о вещах умозрительных, не в силах найти для своих споров ни надежных свидетелей, ни судей. Но поскольку их целью является Мир, то есть Истина, постольку неважно, каким путем они идут.

Джон Донн. Биатанатос.

Использование взрывов при сейсмических исследованиях оказалось настолько успешным, что сейсмологи-наблюдатели иногда даже немного завидуют своим коллегам, работающим в этой области. Привлечение записей землетрясений к изучению внутреннего строения Земли затруднено неопределенностью времени, места и глубины очередного сейсмического толчка. Контролируемые взрывы лишены этого недостатка, при этом значительная часть энергии взрыва расходуется, как и при землетрясениях, на генерирование упругих волн. До последней войны большинство сильных взрывов носило случайный характер, и хотя местоположение их было известно, но время взрыва, как правило, не сообщалось, поэтому невозможно было осуществить необходимые подготовительные операции. Когда война закончилась, сейсмологи многих стран сумели убедить военные власти использовать излишки взрывчатых веществ для исследования строения земной коры, или по крайней мере производить взрывы таким образом, чтобы полученные записи могли иметь научное значение. В Европе, например, сейсмологи объединились, чтобы записать сотрясение от большого взрыва в Хаслах (ФРГ) и на острове Гельголанд. На территории Новой Зеландии тонны глубинных бомб были взорваны одновременно в Веллингтонской гавани, а сотрясение было записано передвижной сейсмостанцией, установленной на расстоянии 150 км.

Все это оказалось весьма полезным для развития сейсмологии, однако совершенствование военной техники дало ей в руки еще более мощное оружие — атомную бомбу. К сожалению, генералы и политиканы считают (притом на весьма сомнительных основаниях), что они лучше, чем сейсмологи, могут решить вопрос, где следует ее использовать.

Записи атомных взрывов осуществлялись с самого начала испытания этого оружия, но первые несколько записей имели ограниченную ценность. При первом испытании в Нью-Мексико момент взрыва не был зафиксирован должным образом в связи с некоторыми организационными и эмоциональными обстоятельствами. Исключалась возможность записи взрыва атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. В иных условиях осуществлялись испытания атомных бомб на Бикини. Вполне удовлетворительные записи были получены даже в Калифорнии, и Гутенберг и Рихтер сумели определить их магнитуду.

В период проведения Международного геофизического года проф. К. Е. Буллен возглавил международную кампанию по использованию некоторого числа атомных бомб специально для изучения строения земной коры и верхней мантии, но это предложение было признано неприемлемым по политическим соображениям. Однако с тех пор результаты многих ядерных испытаний, в том числе британские в Маралинге (Австралия), а также большинство американских, были изучены с большой детальностью. Особую ценность имело испытание в Маралинге, поскольку этот район асейсмичен, и казалось, что строение земной коры на одном из континентов не будет изучено длительное время. Тем временем проф. Буллен собирал записи атомных взрывов, сделанные обычным образом на сейсмических станциях, и сумел использовать их как для проверки стандартных таблиц времени пробега сейсмических волн, так и для того, чтобы убедить военные власти в том, что некоторые факты бесполезно пытаться сохранить в секрете. С тех пор данные о моменте взрыва и другая информация, требуемая сейсмологами, предоставляется им с большой готовностью.

Сейсмограмма

Сейсмограмма

Хотя эта работа и была чрезвычайно важной, но вскоре она отошла на второй план в связи с необходимостью разработки надежных способов распознавания ядерных взрывов. После того как было достигнуто соглашение о запрещении ядерных испытаний в атмосфере, казалось, что запрет будет распространен и на подземные испытания, но для этого нужно было разработать методы контроля. Взрывы в атмосфере обнаруживаются легко, то же можно сказать и о подземных взрывах, но вся трудность состоит в том, что они почти, если не полностью, неотличимы от землетрясений (рис. 132). Если соглашение о запрещении испытаний будет достигнуто, то предварительно должна быть решена и эта проблема, и единственными, кто пожалеет об этом, будут сейсмологи. А пока правительствами выделяются беспримерно большие средства на проведение сейсмических исследований, и удивительно, как много фундаментальных проблем сейсмологии оказалось тесно связано с проблемой обнаружения ядерных взрывов.

Хотя обнаружить подземные ядерные взрывы технически возможно, но существующая сеть сейсмических станций во многих районах мира еще слишком редкая, а сами станции часто оснащены устаревшим оборудованием. В этом плане Комитет американских сейсмологов отметил, что для выявления тайных ядерных испытаний понадобится гораздо больше хороших станций, и если лишь тонкие детали отличают взрывы атомных бомб от землетрясений, было бы весьма желательно, чтобы станции были оснащены стандартным оборудованием. Если бы такое решение было принято, приборы следовало бы изготовить на одном заводе и передать их сейсмостанциям разных стран мира. Однако большинство станций не выражало заинтересованности в замене существующей аппаратуры, поэтому единственный выход заключался в передаче им этой аппаратуры бесплатно. Это мероприятие было осуществлено правительством США, и в настоящее время имеется глобальная сеть, состоящая примерно из 120 стандартных сейсмических станций. Каждая оснащена двумя комплектами трехкомпонентных приборов: сейсмометром Бень-оффа для короткопериодных волн и сейсмометром Пресса — Юинга — для длиннопериодных. Кроме того, в комплект входят точные электронные часы и радиоприемник для синхронизации записей, приборы для градуировки и воспроизведения фотозаписей. Каждая из станций может при желании хранить свои записи в секрете, но в Американской геологической службе имеется центральный архив, где за несколько центов можно получить фотокопию любой записи любой станции. К числу крупных территорий, где нет стандартных станций, относятся Канада (кроме самой северной ее части), Китай и Советский Союз (кроме Москвы). Новая Зеландия контролирует четыре такие станции.

Мы отметили в предыдущей главе, что верхний предел требуемого усиления определяется фоном микросейсм. В глубинах Земли их влияние гораздо меньше, чем на поверхности, поэтому в настоящее время разработано несколько типов сейсмометров, которые настолько малы, что их можно опускать к забою скважин на глубину нескольких сотен метров.

Существует и другой путь нейтрализации влияния микросейсм — объединение выходных сигналов двух сейсмометров, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Записи отдаленного землетрясения, сделанные двумя приборами, находящимися приблизительно в 1 км один от другого, очень сходны, за исключением небольшого различия во времени вступления, которое зависит от направления подхода волн. Фон же искусственных помех на двух станциях должен быть, очевидно, различным, и, кроме того, микросейсмы обычно подходят с иного направления, чем волны. Если несколько сместить одну из записей с учетом разницы во времени вступления, а затем их совместить, можно исключить влияние помех. Размещая сейсмометры по некоторой правильной сетке в виде групп и объединяя выходные сигналы после введения поправок на запаздывание, можно создать инструмент, который позволит выявлять даже очень слабые землетрясения (или взрывы атомных бомб) на больших расстояниях. Выходной сигнал каждого сейсмометра в группе записывается отдельно на магнитную ленту и может быть воспроизведен после необходимого усиления и фильтрации, до или после совмещения с другими записями. Электронные компьютеры автоматически определяют время запаздывания и ту комбинацию, которая может обеспечить сейсмолога нужной информацией в каждом конкретном случае. Расположение сейсмографов в виде групп позволяет существенно повысить эффективность многих видов исследований.

В 1962 г. Управлением по атомной энергии Соединенного Королевства группа из 20 сейсмометров была размещена в Эск-дейлмуре (Шотландия). Сейсмометры установлены на бетонных фундаментах в неглубоких шурфах, которые размещены на равном расстоянии друг от друга по двум взаимно перпендикулярным линиям длиной 8 км каждая. Сигналы поступают в центральную лабораторию, расположенную в месте их пересечения, и записываются на магнитную ленту. Далее они могут быть переписаны на обычную бумажную ленту или подвергнуты после фильтрации совместной обработке несколькими различными способами. Вся система была тарирована при взрывах глубинных бомб в Северном и Ирландском морях.

Несколько аналогичных групп с различными схемами размещения сейсмометров функционируют в Соединенных Штатах. Еще более эффективная система создана в Биллингсе (шт. Монтана); ее можно назвать «группой групп». Она занимает площадь около 150 км2.

Участок для размещения Большой системы сейсмических скважин, как она официально называется, был выбран благодаря его удаленности от морских побережий и объектов челове ческой деятельности, а также однородности его геологического строения. Всего здесь имеется 525 скважин, объединенных в 21 подгруппу. Каждая подгруппа состоит из 25 инструментов, размещенных вдоль 6 диаметров круга, длиной 7 км каждый (рис. 133, 134). Для того, чтобы еще больше снизить шумовой фон, сейсмометры опущены на забои 120-миллиметровых скважин, закрепленных металлическими обсадными трубами и бетоном. Большинство скважин глубиной 65 м, но центральная скважина в каждой группе имеет глубину 170 м.

Сейсмическая группа

Сейсмическая группа

Аэрофотоснимок одной из 21 подгрупп

Аэрофотоснимок одной из 21 подгрупп

На рис. 135 изображен скважинный сейсмометр. Такая система размещения использована для каждого сейсмографа, образующего Монтанскую группу. Обсадка каждой скважины заканчивается сверху оголовком, состоящим из обычной 200-метровой бензиновой бочки, покрытой металлической «шляпой», предохраняющей устройство от дождя. В оголовок вмонтированы усилитель и конец кабеля, передающего сигналы в центр подгруппы. Стойка, опирающаяся на забой скважины, помогает поддерживать сейсмометр в вертикальном положении.

Скважинный сейсмометр

Скважинный сейсмометр

Сигналы от отдельных сейсмометров в каждой подгруппе передаются в подземный зал, где они усиливаются и преобразуются в микроволновые радиосигналы, передаваемые в информационный центр, расположенный в Биллингсе, примерно в 200 км от места наблюдений. Два электронных компьютера, расположенных в информационном центре, записывают и обрабатывают сигналы от 525 сейсмографов, а также осуществляют проверку и тарировку сейсмометров и другой аппаратуры (рис. 136).

Информационный центр в Биллингсе

Информационный центр в Биллингсе

Затраты на создание этой гигантской системы составили более 7,25 млн. долл., из которых 1 млн. долл. был израсходован на компьютеры и другое оборудование в информационном центре, более 1,25 млн. долл.— на бурение и оборудование скважин, 0,5 млн. долл.— на приобретение сейсмометров и другой аппаратуры, а остальная сумма — на строительство зданий, оборудование радиорелейных и кабельных линий связи, ограждение участка и др. Штат информационного центра состоит из 17 чел., из которых только один — сейсмолог. Остальные 15 чел. необходимы для поддержания системы в рабочем состоянии. Когда мы получаем запись подозрительного сигнала, независимо от того, с использованием ли системы или без нее, как распознать, бомба это или нет? Рис. 133 показывает, насколько большим может быть сходство между записями землетрясения и взрыва, если они происходят почти на одинаковом расстоянии от записывающей станции. Характер записей зависит в большей степени от состава грунта, чем от вида источника колебаний. В некоторых случаях в решении этого вопроса нам могут существенно помочь точные измерения глубины очага возмущений. Если она превышает несколько километров, это надежное свидетельство в пользу землетрясения. Однако точные определения глубины осуществить нелегко, и для этого нужно располагать записями, сделанными на очень близком расстоянии от источника колебаний. В случае секретных атомных взрывов такая возможность маловероятна.

Вначале предполагалось, что определение направления первоначальных движений по сейсмограммам даст весьма простой способ для разграничения ядерных взрывов и землетрясений. Мы уже видели, что землетрясение, благодаря упругой отдаче, должно давать сжатия и разрежения на сейсмограммах в соседних квадрантах. Считалось, что при взрывах картина должна быть более простой, поскольку частицы вблизи источника колебаний движутся по радиусам в стороны, и ничего кроме сжатия не происходит. Предполагалось также, что поскольку вся энергия расходуется на сжатие, S-волны должны быть очень слабыми или не наблюдаться вовсе. Реальная картина оказалась намного сложнее. Даже в тех случаях, когда условия вблизи источника очень однородны, некоторый элемент сдвига неизбежен; кроме того, получают возможность высвобождения де­формации сдвига, которые уже успели накопиться в толще породы в силу естественных причин. Вследствие этого на большинстве записей атомных взрывов наблюдается значительное развитие S-волн, хотя записи малых разведочных взрывов иногда их не содержат. В настоящее время установлено, что различие между атомными бомбами и землетрясениями легче всего установить из соотношения между поверхностными и объемными волнами; иначе говоря, должна существовать разница в значениях магнитуд, определяемых по разным фазам. Оказывается, что если применить в едином комплексе все имеющиеся методы, число сомнительных случаев может быть сведено до того минимума, когда оно перестанет быть препятствием для политического урегулирования вопроса о запрещении подземных испытаний, и в момент, когда пишется эта книга, объяв­лено о начале нового раунда переговоров по данному вопросу.

Многие представители общественных организаций выражают беспокойство, что подземные испытания могут увеличить число естественных землетрясений, а некоторые из них обвиняют сейсмологов в том, что они скрыли от общественности «факт» увеличения числа сейсмических толчков после французских ядерных испытаний в атмосфере над атоллом Муруроа. Сейсмологи же обнаружили, не придав этому факту особого значения, что период испытаний характеризовался более низкой, чем обычно, сейсмической активностью во всей юго-западной части Тихого океана.

Предположение о том, что сильный взрыв может послужить «спусковым механизмом» для землетрясения, не лишено оснований, но только в тех районах, где оно должно так или иначе произойти. Если региональные напряжения приблизились к опасному пределу, воздействие сильных упругих колебаний может привести к превышению этого предела, разрушению пород и упругой отдаче, которая, как отмечалось выше, ответственна за сейсмические толчки. Однако такой ход событий возможен только в тех местах, где землетрясение подготовлено естественными процессами. Таким образом, атомный взрыв может определить момент сейсмического толчка, но сама возможность землетрясения от него не зависит. Можно быть также совершенно уверенным в том, что если такое возбуждение возможно, оно не должно распространяться на большие расстояния от места взрыва. Взрыв атомной бомбы в 5 кт приводит к выделению такого же количества энергии, как землетрясение с М 5. Если взрыв возбуждает землетрясение, можно было бы ожидать, что и многие сотни землетрясений с такой магнитудой, происходящие ежегодно на территории земного шара, приведут к тому же результату, а возбуждающее воздействие действительно сильных землетрясений распространится на громадные площади. Однако в действительности ничего подобного не происходит. Существует множество основательных причин для вы­ступлений против ядерных испытаний, но эта не относится к их числу.