Д.Г. Павлов*, О.Б.Хаврошкин**, В.В. Цыплаков**.

(*.Фирма "Антарес"; ** Институт физики Земли им О. Ю. Шмидта, РАН.)

Геофизические поля и сигналы некоторых пирамид.

Аннотация

Приведено описание приборов, аппаратуры и методов регистрации геофизических полей и сигналов. Даны примеры записей сейсмических шумов, сейсмоакустической эмиссии и сопутствующего эмиссионным процессам электромагнитного излучения, а также сейсмических импульсов. Приведены некоторые данные по наклонам пирамиды Ломаной (Dakhshur) и состояние газовых проб из камер пирамид Хуфу (Giza) и Красной (Dakhshur).

1. Предварительные замечания

В соответствии с основными задачами исследования - геофизические поля и сигналы наиболее примечательных египетских пирамид и непосредственно прилегающих к ним геологических структур - первоначально полевые работы носили поисковый рекогносцировочный характер и были ограничены полем пирамид близ Мемфиса.

Даже в рамках рутинной геофизики этот район представляет значительный интерес: после сильных землетрясений раннего средневековья и длительного затишья в настоящее время происходит сейсмическая активизация. Причем, поле пирамид, как и большой Каир, оказались в зоне повышенной бальности и активных разломов. Соответственно, начальный этап исследования коснулся поля пирамид плато Гизе, фактически граничащего с большим Каиром и наиболее удаленного от источников техногенных помех поля пирамид в Дахшуре , а также пирамиды в Медуме [1-4].

На пирамиде Снофру (Южной) был проведен наиболее полный цикл сейсмических исследований. При этом значительное внимание уделялось исследованиям нелинейных сейсмических эффектов и шумов, для которых требуется специальное оборудование и высокая культура проведения сейсмического эксперимента. Аппаратурно-методические основы таких исследований требуют подробного специального изложения, поэтому читатель может воспользоваться итоговой работой [3-7]. При проведении всех измерений ветер и техногенные помехи отсутствовали, другие подробности отмечаются при описании каждого конкретного эксперимента.

2. Применяемое оборудование и приборы.

Для измерения различных геофизических полей пирамид и прилегающих структур использовалась следующая измерительная аппаратура.

1. Стандартные сейсмоприёмники -велосиметры типа СВ10, СГ10, с полосой от 10 до 1000Гц, с коэффициентом преобразования 16В/м/с и нестандартный высокочувствительный сейсмоприемник (НВС) представляющий собой велосиметр с высоким коэффициентом преобразования 500 В/м/с и полосой регистрации от 5 до 1000Гц.

2. Система регистрации аналоговых сигналов IDL-02-04 (8 каналов, динамический диапазон - 70дБ, полоса частот Df = 0-25 кГц, объем твердотельной памяти 4 Мбит).

3. Электронный блок системы регистрации огибающей сейсмической эмиссии (РОСЭ) состоящий из микропроцессора, двухканального регистратора цифрового преобразователя аналоговых сигналов в полосе частот от 5 до 1000 Гц с последующим суммированием и получением среднего значения за выбранный временной интервал (с, мин). Минимально измеряемый сигнал < 10^-6В (по смещениям 10¹¹-10^-12 м, для сейсмоприемника -велосиметра НВС), динамический диапазон ~ 120Дб, время регистрации 1 с.

4. Система регистрации IDL-02-04 для регистрации высокочастотных сигналов (активная сейсмика).

5. Дозиметр-радиометр (типа АНРИ-01-02) со следующими техническими характеристиками: диапазон измерений мощности гамма-излучения, мР/ч - 0.010-9.999, диапазон энергии гамма-излучения, МэВ - 0.06-1.25, относительная погрешность по Cs137 не более 30%.

6. Наклономер нестандартный (НН), чувствительность менее 1 с дуги (10^-9 рад).

7. Ферритовая антенна УКВ диапазона для записи электромагнитного излучения (ЭМИ), сопутствующего сейсмоакустической эмиссии (САЭ).

3. Методы и методики.

Основными объектами измерений были сейсмические процессы и поля и сейсмоакустическая эмиссия. Для регистрации сейсмических сигналов и полей, типа сейсмической или сейсмоакустической эмиссии и фоновых шумов использовали НВС. Запись сейсмических полей осуществлялась электронным блоком системы регистрации огибающей сейсмической эмиссии (РОСЭ). Амплитудные и энергетические спектры сейсмических шумов записанных на пирамиде, получены с применением сейсмоприемника НВС.

Активная сейсмика была ограничена слабыми ударами (возбуждениями) по боковым граням пирамид или их отдельным блокам для определения скоростных характеристик их материалов. Для определения отражающих границ и предполагаемых пустот использовались методики падающего груза и стандартные сейсмоприемники- велосиметры типа СГ10, СВ10. При этом, учитывая незначительный коэффициент преобразования применяемых сейсмоприемников и относительно низкий уровень сейсмических шумов на пирамидах, при активной сейсмике регистрировались только сейсмические сигналы обусловленные ударами по массиву пирамид и сигналы, связанные с их отражением и распространением.

Дозиметр-радиометр АНРИ-01-02 "СОСНА" использовался для определения естественной радиоактивности блоков и облицовочных плит пирамид, и поэтому на дневной поверхности регистрировался весь естественный радиоактивный фон.

Наклономер устанавливался на плиты в основании пирамид, в центре граней с подветренной стороны, на высоте 2-3 м от дневной поверхности.

4. Сейсмические и сейсмоэмиссионные поля и сигналы:

записи и предварительная обработка, краткие комментарии.

Сейсмоэмиссионные поля записывались аппаратурой РОСЭ на пирамидах Снофру в Дахшуре ("Красной" и "Ломаной") и в Медуме ("Неправильной"), включая внутреннюю камеру последней. Запись сейсмоакустической эмиссии (САЭ) в основном велась по одному каналу, по второму каналу одновременно регистрировались сигналы с антенны УКВ диапазона. Длительности записей по разным причинам варьировалась от 20 минут до нескольких (3-5) часов.

а

б

в

г

д

е

ж

Рис.1. Образцы записей огибающих сейсмического шума САЭ и ЭМИ:

а) Запись вариаций огибающей сейсмической эмиссии в Дахшуре на Южной "Ломаной" пирамиде, сейсмометр стоял в центре западной грани на высоте 5 м от уровня дневной поверхности; а также запись огибающей сигнала с ферритовой антенны. Серый график - огибающая сейсмического шума; черный - огибающая электромагнитного излучения массива пирамиды. По оси абсцисс - текущее время в секундах, по оси ординат - амплитуда огибающей в микровольтах (23 марта 2004 г.)

б) Запись вариаций огибающей сейсмической эмиссии на "Красной" или Северной пирамиде, в Дахшуре; прибор установлен в центре западной грани вблизи заметного микроразлома на высоте 4 м. По оси абсцисс - текущее время в секундах, по оси ординат - амплитуда огибающей в микровольтах, 18 марта 2004.

в) Фрагмент записи рис.1б в начале координат от 220 до 280 с

г) Запись вариаций огибающей сейсмической эмиссии на пирамиде в Медуме, прибор установлен в центре южной грани (серый график); по другому каналу - запись огибающей сигнала с ферритовой антенны (черный график), 21марта 2004 г.

д) Записи вариаций огибающей сейсмической эмиссии в камере пирамиды в Медуме (серый график) и запись огибающей сигнала с ферритовой антенны (черный график), 21 марта 2004 г.

е) Запись огибающих вариаций сейсмического шума и сейсмической эмиссии на вершине малой пирамиды вблизи "Ломаной" или Южной в Дахшуре по двум каналам: со стандартным более низкочастотным сейсмоприемником (f_n ~ 2-5 Гц) СВ5, черный график, и не стандартным, более высокочувствительным (в 5-7раз), серый график. 23 марта 2004.

ж) Фрагмент записи шумов (рис.1,е); начальный участок (~ 250 с) с увеличенной амплитудой из-за возникновения наведенной сейсмической эмиссии.

5. Эксперименты по регистрации сейсмической эмиссии у Ломаной (Южной) пирамиды.

Сейсмическая эмиссия исследовалась с использованием малой пирамиды. Непосредственно перед включением аппаратуры были произведены 3 удара у основания малой пирамиды для возбуждения сейсмической эмиссии в приповерхностных структурах. Эффект наблюдался на протяжении 600 с (рис.1е, ж).

Необходимо отметить также факт увеличения уровня сейсмического шума на вершине малой пирамиды (примерно на порядок) по отношению к уровню шума у основания (для сравнения рис.1а, е), то есть эффект фокусировки. Проводились также записи сейсмического шума высокочувствительным сейсмоприемником у подножия южной стороны "Ломаной" пирамиды.

6. Активные сейсмические поля и сигналы.

Под активными сейсмическими полями понимаем ударное возбуждение сейсмических волн в среде для определения сейсмических скоростей и расстояний до геологических или структурных границ в результате отражений от них сейсмических волн. Одновременно ударное возбуждение сейсмических импульсов позволяет осуществлять поиск различных пустот и резонансов, структур и объектов внутри массива пирамид с грубой оценкой их некоторых геометрических размеров. Наиболее просто определить размеры блоков составляющих приповерхностную структуру граней или внутренних камер. Предварительно были определены сейсмические скорости в блоках пирамид: скорость P-волн в блоках известняка порядка 2000-2500 м/с, скорость S-волн 1300 м/с (по данным экспедиции США эти числа значительно больше), в гранитах скорость Р-волн порядка 4500 м/с, S-волн 2500м/с.

При ударах по блокам граней пирамид возникают не только отражения от границ определяемых геометрией блоков, но и различные реверберации, зависящие возможно от закрепления блоков. В Дахшуре были произведены удары по блокам граней пирамид: два вертикальных (сверху вниз, снизу вверх) и горизонтальный, при этом сейсмоприемник СГ10 закреплялся вертикально. На рис.2 представлены непосредственные записи этих ударов.

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

Рис.2. Примеры записей зондирующих ударов:

а) Запись вертикального удара сверху вниз (вес ударника 10 кг, место удара - 1 м над дневной поверхностью) по блоку у основания Южной "Ломаной" пирамиды в Дахшуре. 18 марта 2004. Расположение блока на высоте 3м от уровня дневной поверхности. Здесь и далее - А - амплитуда сигнала, отн. ед., t - текущее время, с.

б) Фрагмент рис.2а. Наблюдается сильная реверберация (звон), длящаяся несколько секунд и свидетельствующая об аномально высокой добротности блока.

в) Вертикальный однотипный удар рис.2а по тому же блоку но с направлением снизу вверх.

г) Горизонтально направленный удар, блок и параметры удара те же.

д) Запись удара на "Красной" пирамиде, наблюдаются сложные реверберации связанные с блочностью строения пирамиды.

е) Пример записи удара внутри пирамиды в Медуме.

ж) Запись вертикального удара по северо-восточному углу пирамиды в Медуме. Наблюдается долгий "звон" на частоте 465 Гц.

з) Запись вертикального удара (наблюдается сигнал на частоте 241 Гц), Южная грань пирамиды Менкаура.

и) Запись горизонтального удара, там же, (наблюдается частота 231Гц).

19 марта в Дахшуре на "Розовой" (Северной) пирамиде был сделан один вертикальный удар направления сверху вниз, запись которого также имела особенности, рис.2д.

В Медуме 20 марта внутри пирамиды был сделан удар направленный сверху вниз ,рис.2е.

При этом в некоторых случаях при ударах также наблюдались квазигармонические реверберации несоответствующие сплошному массиву блоков: например, при ударе по северо-восточному углу пирамиды в Медуме, рис.2ж.

22 марта в Гизе вблизи пирамиды Менкаура (Микерина) на вершине малой крайней пирамиды был записан удар по грунту рядом с ее основанием и получена его автокорреляционная функция.

В соответствии с практикой обработки сейсмических данных интерпретация некоторых пиков на записи удара и его автокорреляционной функции свидетельствуют в пользу регистрации сфокусированного пирамидой сейсмического отражения от глубинных слоев (~1км).

Также были произведены вертикальный и горизонтальный удары по Южной грани пирамиды Менкаура, 22 марта 2004 г. (рис.2з, и).

Наблюдаемые частоты на 241 и 231 Гц от вертикального и горизонтального ударов соответственно, вероятно, связаны и с условиями возбуждения колебаний в блоках и ,возможно, - с геометрией пирамиды. В будущем необходимо оценить значения возбуждаемых частот в пирамидах при вертикальном и горизонтальном ударах и их зависимости от геометрии (угла наклона грани и блоков, общих размеров, высоты).

7. Электромагнитные поля

Связь с сейсмоакустической эмиссией электромагнитного излучения (ЭМИ, радиоэмиссия) на пирамидах проверялась с помощью ферритовой антенны в килогерцовом и мегагерцовом диапазонах частот. Для качественной оценки первоначально использовалась аппаратура для записи огибающей сейсмической эмиссии (второй канал). Регистрация велась на пределе чувствительности. Непосредственной корреляции между огибающими сейсмоэмиссии и радиоэмиссии не наблюдалось. Поэтому проводилось усреднение на минутном интервале; в результате была обнаружена значимая (Р = 0,99) корреляция. В исследованиях САЭ И ЭМИ использовался также коротковолновый радиоприемник, работа с которым показала значительное уменьшение сигнала на средних волнах и его полное отсутствие на коротких внутри массива пирамид. Это свидетельствует об электромагнитной экранировке сигнала радиостанции.

8. Вариации наклонов пирамид

Проводились измерения вариаций наклонов по одной из компонент основания пирамиды. Прибор устанавливался на 3-4 блок от уровня дневной поверхности, измерялась компонента Север-Юг. В связи со значительными трудностями при юстировке прибора и выставлению его в рабочий диапазон, длительности годных для обработки записей не превышали двух часов.

21 марта в Медуме на Южной стороне неправильной пирамиды были измерены наклоны (в относительных единицах). 23 марта в Дахшуре также наблюдались наклоны на Южной стороне "Ломаной" пирамиды.

9. Радиационный фон и флюиды

Радиационные измерения были осуществлены вне и внутри всех исследуемых пирамид. В основном выявлен стандартный гамма фон для известняка и базальтов (порядка 6-9 мкР/ч), а также для гранитов и гранитоидов ( 20-25 мкР/ч). Однако внутри пирамиды Хуфу (Хеопса) в юго-восточном углу камеры фараона на относительно свежем сколе обнаружилось 35-37 мкР/ч. Возможно эту разницу следует привлечь к датировке построения пирамиды, поскольку на более свежую поверхность выносит больше торона, обладающего малым периодом полураспада в ториевой серии (Tn=55.3с, ThC`=60.5 мин, ThC``=3.1 мин), который на конечном этапе превращается в свинец. Свежий скол по сравнению с остальной поверхностью камеры был лишен этого свинцового экрана. Зафиксирован также другой факт: внутренняя часть пирамиды в Медуме сделана из более радиоактивного известняка (13-15 мкР/ч), чем внешняя (5-7 мкР/ч). Возможно, что для постройки пирамиды использовался известняк из разных мест. Поиск и обнаружение места добычи более радиоактивного известняка может дать дополнительные данные на время постройки внутренней части пирамиды. Но возможно и другое объяснение.

Обычно внутри пирамид в камерах, сделанных из известняка, радиоактивный фон снижался в 2 раза и составлял от 2 до 5мкР/ч, эту особенность можно использовать при регистрации высокоэнергетических космических лучей внутри пирамид.

10. Анализ газовых проб

Были взяты газовые пробы из камеры фараона пирамиды Хуфу и из одной из камер "Красной" пирамиды в Дахшуре. Проведен анализ из расчета существования 40 компонентов. Состав атмосферы камеры пирамиды Хуфу (Хеопса) не отличается от стандартного; а для "Красной" (Северной) пирамиды существуют аномалии, так как суммарное содержание углеводородов С8-С12 достигает 9мг/м³.

Выводы.

Для изучения геофизических полей и сигналов не требуется уникальная аппаратура.

Форма сигналов - сейсмических импульсов свидетельствует о существовании внутренних высокочастотных резонансов у некоторых пирамид. Для всех крупных пирамид и прилегающих структур характерно существование сейсмоакустической эмиссии. Сейсмоакустическая эмиссия сопровождается электромагнитным излучением.

Литература

1. Замаровский В. Их величества пирамиды. М.: Наука, 1986. С. 430.

2. Кинк Х.А. Как строились египетские пирамиды. М., 1967.

3. Элебрант П. Трагедии пирамид. 500 лет разграбления египетских усыпальниц. М., 1984.

4. Silliotty A. The Pyramids. Egypt Pocket Guide. The American University in Cairo Press. 2003

5. Хаврошкин О.Б. Некоторые проблемы нелинейной сейсмологии. М.: ОИФЗ РАН, 1999. С. 286.

6. Khavroshkin O.B., Tsyplakov V.V. Nonlinear seismology: Experimental structure // Nonlinear acoustics at the beginning of the 21th century / Ed. Oleg V. Rudenko, Oleg A. Sapozhnikov. 16^th ISNA. Vol. 1. M., 2002. 622 p.

7. Хаврошкин О.Б., Цыплаков В.В. Аппаратурно-методические основы экспериментальной нелинейной сейсмологии // Сейсмические приборы. М.: ОИФЗ РАН, 2003. Вып. 39. С. 43-71.