МОРСКАЯ СЕЙСМОМЕТРИЯ ЛЕКЦИЯ 10 ПРАКТИКА РАБОТ В

МОРСКАЯ СЕЙСМОМЕТРИЯ ЛЕКЦИЯ № 10 ПРАКТИКА РАБОТ В ТРАНЗИТНОЙ ЗОНЕ КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ 1 -ГО КУРСА МАГИСТРАТУРЫ

ПРАКТИКА РАБОТ В ТРАНЗИТНОЙ ЗОНЕ Б. Л. Пивоваров (1936 -1988) и А. В. Калинин (1935 -2002), судно «Московский университет»

ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРНОМУ КОМПЛЕКСУ • Источник должен быть безвредным для окружающей среды и безопасным для обслуживающего персонала и судна (или другого носителя). При этом для газовых и пневматических источников с рабочим давлением до 15 МПа суммарный объем рабочих камер должен быть ограничен пределом до 30 дм 3. • Источник должен иметь достаточно широкополосный сигнал. Энергия собственного акустического излучения источника в полосе частот 20 80 Гц.

ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРНОМУ КОМПЛЕКСУ • Предпочтительнее применять площадные группы излучателей, имеющих сравнительно небольшие амплитуды возбуждаемых сигналов [до (1 3) 105 Па м]. • При глубине моря менее 2 3 м предпочтительнее буксировать источник по дну; • В диапазоне глубин моря Н от 2 3 м до 5 7 м глубина погружения источника должна составлять приблизительно (2/3)Н; • На предельном мелководье при глубине моря менее 0, 5 м и в транзитных зонах «суша−море» , в плавнях, или при необходимости возбуждать сейсмические сигналы вблизи береговой линии на суше более эффективным может оказаться применение «погружных» источников, работающих в мелких взрывных скважинах глубиной от 2 до 4− 6 м в режиме накапливания.

ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРНОМУ КОМПЛЕКСУ Скорострельность (минимальный интервал времени между двумя последовательными срабатываниями сраб), которая определяется в основном мощностью энергетической установки источника и соответственно ее производительностью по рабочему телу. Наиболее жесткие требования по этому параметру ( сраб 6 10 с) предъявляются к источнику при работе в режиме свободной буксировки с плавающей косой (при глубине моря более 5 7 м), а также при работе на предельном мелководье с автономным взрывным пунктом и донной косой в стационарном режиме.

ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРНОМУ КОМПЛЕКСУ При работе в режиме «старт-стопной» технологии ( «yo-yo» ) интервал между срабатываниями составляет 15 30 с (может достигать также 6 10 с). При наименее производительной работе с буксировкой косы по дну и остановками в каждом пункте возбуждения (за рубежом такая технология называется «Drag Bottom» ) интервал между срабатываниями определяется темпом перемещения расстановки и может достигать 1 2 мин. + требования по технике безопасности для каждого элемента технологии

ПРИЕМНИКИ КОЛЕБАНИЙ • При работах в условиях мелководья с глубиной моря более 5 м по традиционной технологии морской сейсморазведки в режиме непрерывной буксировки возможно использование пьезокос с нейтральной плавучестью и соответствующими активными регуляторами и стабилизаторами глубины буксировки. • При работах в условиях мелководья с глубиной моря до 2− 3 м с использованием «старт-стопной» технологии обычно применяются пьезокосы с утяжеленными секциями, имеющие отрицательную плавучесть и более устойчивые к постоянным динамическим нагрузкам и трению о дно, характерным для этой технологии. Еще более высокие требования к прочностным характеристикам предъявляются к донным косам, буксируемым волоком по дну.

ПРИЕМНИКИ КОЛЕБАНИЙ • При работе на глубинах менее 1, 5 м, необходимое буксирующее усилие, конструкция косы и соответствующего грузоподъемного и такелажного оборудования должны предусматривать возможность применения конвейерной технологии путем быстрой смотки и размотки перемещаемых секций. • При глубинах акваторий меньше 2− 3 м, наиболее эффективными могут быть донные косы на основе геофонов, а еще лучше − комбинированные донные косы, конструкция которых предполагает одновременное использование гидрофонов и геофонов.

ПРИЕМНИКИ КОЛЕБАНИЙ Для эффективного применения в кабельномодульных донных косах геофонов гравитационный контакт «геофон−грунт» и время его экспозиции должны быть оптимизированы. При этом средняя плотность приборных модулей должна быть в пределах 1, 9– 2, 1 г/см 3, а удельное давление отдельного модуля на донный грунт от 9 до 11 г/см 2. Экспериментальные и теоретические зависимости чувствительности приборных модулей от веса (А) и времени экспозиции на грунте (Б) A Б

АППАРАТУРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ • • Большой интерес представляет возможность применения геофоновакселерометров, регистрирующих ускорение смещения и имеющих такую же фазовую характеристику, как и у гидрофонов, что обеспечивает лучшее согласование данных и более точную стыковку временных разрезов в переходных зонах «суша−море» . Существенное увеличение канальности современных телеметрических регистрирующих систем обеспечивает не только создание сверхплотных систем наблюдения, позволяющих без потери информативности данных отказаться от традиционного группирования сейсмоприемников, но и создает реальную возможность использования в донных косах многокомпонентных приемников (X, Y, Z, P).

АППАРАТУРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ По сравнению с аналогичными морскими или сухопутными системами регистрации современные телеметрические системы для предельного мелководья и транзитных зон должны поддерживать как минимум вдвое большее число каналов (наблюдения 2 С – компоненты Z и Р), а при многокомпонентном приеме – вчетверо большее (наблюдения 4 С – регистрируемые компоненты X, Y, Z и P).

АППАРАТУРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ Применение акселерометров -отдельный вопрос как на море, так и на суше. 1. Частотные характеристики в «чистом виде» . 2. Вид деформации для достижения пъезоэффекта. 3. Фазовые характеристики и вид функции f(t).

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Цифровая телеметрическая коса XZone® Bottom Fish в транспортном положении на барабане лебедки

ПРИМЕРЫ ПОЛЕВЫХ ДАННЫХ. РАЗЛИЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Северное море. Буксировка. Каспий. Старт-стоп.

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В цифровой телеметрической системе XZone® Marsh Line (пример) предусмотрены следующие варианты исполнения приборного модуля: q − 1 С: один геофон (Z) − изучение ВЧР, 2 D/3 D исследования на льду, снегу, песке и т. д. ; q − 2 С: геофон и гидрофон (Z+P) − 2 D/3 D исследования на предельном мелководье морей, прилегающей суше, в транзитных зонах, на реках и озерах; q − 3 С: три ортогональных геофона (X+Y+Z) – трехкомпонентные исследования ВЧР на суше, трехкомпонентная сейсморазведка 2 D/3 D по льду, снегу, песку и т. д. ; q − 4 С: три ортогональных геофона и гидрофон (X+Y+Z+Р) − 2 D/3 D

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Различные варианты применения телеметрической косы XZone® Marsh Line при работах 2 D.

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Две 120 -канальные сейсмограммы, полученные при 2 D -сейсморазведке на одном и том же пикете на предельном мелководье Темрюкского залива Азовского моря С телеметрической донной косой XZone® Marsh Line в исполнении 2 С – геофон и гидрофон

ПОЛЕВЫЕ ДАННЫЕ 2 DСЕЙСМОРАЗВЕДКИ Временные разрезы, полученные при 2 D сейсморазведке на предельном мелководье Каспийского моря с телеметрической донной XZone® Marsh Line с геофоном и с гидрофоном.

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Автономный полевой модуль радиотелеметрической системы «BOX» фирмы Fairfield Industries

ПРИМЕРЫ ПОЛЕВЫХ ДАННЫХ Временной разрез, полученный с радиотелеметрической системой «BOX» на предельном мелководье Азовского моря.

ЦИФРОВАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Различные возможности развертывания в транзитной зоне телеметрических систем 408 UL/ULS и соответствующих датчиков

СКВАЖИННЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ А - Скважинный излучатель DHS 2200 LL Б - портативный излучающий комплекс на базе излучателя DHS 5500 LL

ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОИСТОЧНИК Погружной пневматический источник СПИ-1 (V = 5 1, 0 дм 3, Р = 15 МПа): спуск источника в скважину с помощью буровой установки.

ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОИСТОЧНИК Взрывпункт с буровой шнековой установкой и погружным пневматическим источником ПИК-3 на базе гусеничного транспортера

ГРУППЫ ПНЕВМОИЗЛУЧАТЕЛЕЙ Группа пневматических излучателей «Малыш» для работ в условиях мелководья

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Вопрос : Можно ли построить остронаправленную антенну малых волновых размеров (т. е. L/λ<<1) и к тому же широкополосную (т. е. λmax. /λmin >>1)? Ответ : ДА! (Щелкунов, 1943 год) Приближение плоских волн : Два точечных приемника с чувствительностью +s и –s, расположенных на расстоянии 2 d друг от друга, образуют диполь и принимают плоскую волну f(t) со спектром S(jω) (см. а).

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ f 3(t) = s·f(t) – 2·s·f(t-τ) + s·f(t-2τ); S 3(jω) = S(jω) ·s· [1 -2· e –jωτ + e -jωτ/2]= (2·j)2 · e -jωτ/2 · sin 2(ωτ/2); f 2(t) = [f(t) – f(t-τ)]·s; τ = 2 dsin(Θ)/c; S 2(jω) = S(jω) ·(1 -e -jωτ) = 2 j e -jωτ/2 ·sin(ωτ/2) ·s ;

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Расширяя антенну до 4 и 5 приемников с чувствительностью s ; -4·s ; 6·s; -4·s ; - s ; получим S 5(jω) =S(jω) ·s· [1 - e –jωτ]4 =(2·j)4 · e –jω4τ/2 · sin 4(ωτ/2). Численные значения чувствительностей приемников в группе совпадает с коэффициентами разложения в ряд бинома Ньютона (-а+в)n

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Наблюдатель имеет дело с виртуальным точечным источником, расположенным в центре реальной группы, который имеет частотно-фазовую характеристику: К(jω, Θ) = Sn(jω, Θ)/ S(jω) = (2·j)n · sinn(ωτ/2) = (2·j)n · sinn((ωdsinΘ)/c) = =(2·j)n · sinn((2πdsinΘ)/λ) При условии 2πd/λ << 1 из (1) получим: К(jω, Θ) = (2·j)n · (2πd/λ)n sinnΘ = = (jω)n · 2 n ·(d/c)n sinnΘ

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Таким образом, при сколь угодно малом отношении d/λ в принципе можно поучить сколь угодно узкую диаграмму направленности Ф(Θ) = К(jω, Θ)/ К(jω, Θ=±π/2) = sinnΘ Во временной области, как это следует из (2) суммарный сигнал fn(t) равен fn(t) = (2 d/с)n fn(t) sinnΘ

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Второй этап создания не только сверхнаправленной антенны, но сверхнаправленной антенны только в одном направлении состоит во введении соответствующих задержек в верхнюю или нижнюю часть приемников. Перед суммированием сигналов с нижнего и верхнего приемника, введем в канал «-s» задержку τ0. Тогда : f 2(t, τ0) = f(t) – f(t-τ0); S 2(jω, τ0) = S(jω) ·s· (1 -e –jω(τ+τ0 ))= = 2 j S(jω) ·s·e -jω(τ+τ0 )/2 ·sin(ω(τ+ τ0)/2)

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Если выбрать τ0 = d/c, то получим : S 2(jω, τ0) = S(jω) ·s· (1 -e –jω(τ+τ0 )) = = 2 j S(jω) ·s·e -jω(τ+τ0 )/2 ·sin(ω·d· (1+sinΘ)/2 c) При условии ω·d/с=2πd/λ <<1 получим : Ф( , )=(1+sinΘ)/2 Условие «d/λ <<1» фактически выполняется уже при 2πd/λ≤ 0, 4 , т. к. при х=0, 4 , sinх= 0, 3984. При такой погрешности размер антенны L=2 d ограничен величиной L≤ 0, 13 λmin

ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ

ПРИБЛИЖЕНИЕ СФЕРИЧЕСКИХ ВОЛН

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН МАЛЫХ ВОЛНОВЫХ РАЗМЕРОВ Проблемой возможности создания однонаправленных антенн малых волновых размеров в 2000 -е годы активно занимался заслуженный профессор МГУ, геофизик и изобретатель, В. В. Калинин (1938 -2013)