Скачать презентацию МОРСКАЯ СЕЙСМОМЕТРИЯ ЛЕКЦИЯ 6 МОРСКИЕ ПНЕВМОИСТОЧНИКИ Скачать презентацию МОРСКАЯ СЕЙСМОМЕТРИЯ ЛЕКЦИЯ 6 МОРСКИЕ ПНЕВМОИСТОЧНИКИ

Морская сейсмометрия_6.pptx

  • Количество слайдов: 69

МОРСКАЯ СЕЙСМОМЕТРИЯ ЛЕКЦИЯ № 6 : МОРСКИЕ ПНЕВМОИСТОЧНИКИ КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ 1 -ГО КУРСА МОРСКАЯ СЕЙСМОМЕТРИЯ ЛЕКЦИЯ № 6 : МОРСКИЕ ПНЕВМОИСТОЧНИКИ КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ 1 -ГО КУРСА МАГИСТРАТУРЫ

План лекции Введение 2. Необходимые сведения о гидродинамике подводного взрыва 3. Устройство пневмоисточника 3. План лекции Введение 2. Необходимые сведения о гидродинамике подводного взрыва 3. Устройство пневмоисточника 3. 1. Различные типы конструкций ПИ 4. Группирование источников 5. Расчёт сигнала группового источника 6. Параметры пневмоисточников, их выбор 7. Типичные процедуры обработки сигнала ПИ 6. Современные тенденции в использовании морских пневмоисточников 1.

Требования к морским источникам сигнала Основные требования, применяемые к морским источникам колебаний: 1) быть Требования к морским источникам сигнала Основные требования, применяемые к морским источникам колебаний: 1) быть безвредным для окружающей среды и безопасным для обслуживающего персонала и судна; 2) излучать стабильный и достаточно интенсивный сигнал, имеющий простую форму, не осложненную повторными пульсациями пузыря; спектр сигнала должен быть согласован с частотной характеристикой среды и приемно-регистрирующей аппаратуры; 3) работать в автоматическом режиме; 4) соответствовать энергетической базе судна и не ограничивать автономность его плавания; 5) обладать высокой надежностью, быть технологичным и удобным в эксплуатации, иметь сравнительно небольшие габариты и вес.

Морские пневмоисточники Морской пневмоисточник – самый популярный на сегодняшний день морской источник колебаний при Морские пневмоисточники Морской пневмоисточник – самый популярный на сегодняшний день морской источник колебаний при проведении глубинных исследований

Подводный взрыв Подводный взрыв

Производители ПИ Действующие: 1. Bolt Associates, Inc. 2. Sleeve Gun (GSI -> Halliburton -> Производители ПИ Действующие: 1. Bolt Associates, Inc. 2. Sleeve Gun (GSI -> Halliburton -> I/O) 3. GI-Gun (Sercel) 4. ООО «ПУЛЬС» 5. ООО «ИНГЕОСЕЙС» Прекратившие деятельность: 1. Раменске отделение ВНИИгеофизики 2. НИИморгеофизики НПО «Южморгео» 3. ВМНПО «Союзморгео» 4. Seismojet 5. …

Гидродинамика подводного взрыва С точки зрения гидродинамики пневматический излучатель относится к классу источников типа Гидродинамика подводного взрыва С точки зрения гидродинамики пневматический излучатель относится к классу источников типа «пульсирующая полость» . При исследовании проблемы описания движения полости основополагающим стало классическое решение задачи о схлопывании сферической полости в неограниченном объеме невязкой несжимаемой и лишенной поверхностного натяжения жидкости под воздействием постоянного давления, данное еще Рэлеем.

Гидродинамика подводного взрыва Уравнение, описывающее движение полости: где R(t) – радиус полости; 0 – Гидродинамика подводного взрыва Уравнение, описывающее движение полости: где R(t) – радиус полости; 0 – плотность жидкости; P(t) – давление в жидкости на границе раздела; Р 0 – гидростатическое давление. Из предположения волновой зоны:

Гидродинамика подводного взрыва Решение, найденное Рэлеем: Период пульсации: Гидродинамика подводного взрыва Решение, найденное Рэлеем: Период пульсации:

Устройство пневматического источника 1 – штуцер 2 – управляющая камера 3 – рабочая камера Устройство пневматического источника 1 – штуцер 2 – управляющая камера 3 – рабочая камера 4 – поршень 5 – электромагнитный клапан 6 – подводной канал

Форма сигнала Форма сигнала

Различные типы конструкций ПИ GI-GUN Гашение пульсаций в этих системах осуществляется по давно известному Различные типы конструкций ПИ GI-GUN Гашение пульсаций в этих системах осуществляется по давно известному способу: в пузырь, образовавшийся при срабатывании излучателя «G» , после расширения его до максимального размера производится выхлоп сжатого воздуха из второго излучателя «I» . При правильном подборе соотношения объемов «G» и «I» (I = n G, где n = 3 4) происходит почти полное подавление пульсаций, однако общий акустический к. п. д. такой системы, соответственно, в n раз ниже.

Схема распространения волн Схема распространения волн

Форма сигнала одной пушки А) без спутника Б) со спутником Форма сигнала одной пушки А) без спутника Б) со спутником

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух вода Котр = -1 hи Δh - Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух вода Котр = -1 hи Δh - источник - приёмник

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух вода Котр = -1 hи Δh Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух вода Котр = -1 hи Δh

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух Котр = -1 вода hи Δh Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух Котр = -1 вода hи Δh

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух вода hи Δh Котр = -1 Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала воздух вода hи Δh Котр = -1

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала α Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала α

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала

Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала Влияние заглубления ПИ на спектр сигнала

Группирование источников Нужно для: Повышения энергии излучаемого сигнала Уменьшение влияния повторных ударов на результирующую Группирование источников Нужно для: Повышения энергии излучаемого сигнала Уменьшение влияния повторных ударов на результирующую запись Конфигурация группы пневматических источников

Способы группирования Однородное группирование Преимущества: 1) С использованием мощных однородных низкочастотных групп возможно существенное Способы группирования Однородное группирование Преимущества: 1) С использованием мощных однородных низкочастотных групп возможно существенное повышение глубинности разведки при региональных сейсмических исследованиях МОВ и КМПВ. Недостатки: 1) наличие интенсивных пульсаций и сравнительно большая длительность суммарного сигнала, что сказывается на разрешенности записи

Способы группирования Способы группирования

Способы группирования Неоднородное группирование А) все излучатели на одной глубине Б) все излучатели разного Способы группирования Неоднородное группирование А) все излучатели на одной глубине Б) все излучатели разного объёма на разных глубинах Объёмы камер излучателей в группе, их количество, база группирования и глубина погружения при этом выбираются таким образом, что при одновременном срабатывании группы первые пики давления сигналов отдельных излучателей суммируются синфазно, в то время как повторные удары (с учётом отражения от поверхности «вода воздух» ) складываются в противофазе.

Группирование источников Конфигурация неоднородной группы пневматических источников Группирование источников Конфигурация неоднородной группы пневматических источников

Группирование источников Группирование источников

Ослабление влияния повторных ударов при суммировании Ослабление влияния повторных ударов при суммировании

Форма сигнала А) без спутника Б) со спутником Форма сигнала А) без спутника Б) со спутником

Сигнатура источника и её спектр (с) Dragoset W. H. Air-gun array specs: A tutorial Сигнатура источника и её спектр (с) Dragoset W. H. Air-gun array specs: A tutorial

Спецификации сигнатуры группового ПИ (с) Dragoset W. H. Air-gun array specs: A tutorial Спецификации сигнатуры группового ПИ (с) Dragoset W. H. Air-gun array specs: A tutorial

Необходимость учёта полосы Необходимость учёта полосы

Энергетическая эффективность группирования 1. Пушки расположены достаточно далеко друг от друга и не взаимодействуют Энергетическая эффективность группирования 1. Пушки расположены достаточно далеко друг от друга и не взаимодействуют - P~V 2. Для одиночной пушки действует связь P~V 1/3, то есть при увеличении её объёма в 2 раза импульс давления увеличится всего лишь в 21/3 раза. Для группового источника зависимость находится где-то между P~V 1/3 и P~V (для кластера – около P~V 2/3). Вывод: главное – не объём, а количество! + меньший объём группы – меньше проблем с компрессорами!

Энергетическая эффективность группирования Энергетическая эффективность группирования

Механизм расчёта сигнатуры * алгоритмов расчёта много, но в данное время в индустрии наиболее Механизм расчёта сигнатуры * алгоритмов расчёта много, но в данное время в индустрии наиболее популярен один подход (используется в популярном ПО GUNDALF). Он описан в серии статей: R. M. Laws, L. Hatton and M. Haartsen Computer modelling of clustered airguns A. Ziolkowski, G. Parkes, L. Hatton, and T. Haugland The signature of an air gun array: Computation from near-field measurements including interactions

Механизм расчёта сигнатуры Расчёт производится с помощью решения системы уравнений движения для пульсирующих пузырей Механизм расчёта сигнатуры Расчёт производится с помощью решения системы уравнений движения для пульсирующих пузырей в жидкости, представленных в работах А. Prosperetti. Физика процесса очень сложна, но важно понимать используемый механизм взаимодействия пузырей.

Механизм расчёта сигнатуры Движущей силой осцилляции пузыря является разница между его внутренним давлением и Механизм расчёта сигнатуры Движущей силой осцилляции пузыря является разница между его внутренним давлением и гидростатическим давлением Pd(t) = P(t) - PH. Если источников n штук, то при отсутствии взаимодействия для каждого из них было бы верно: Pdi(t) = Pi(t) - PHi. Но когда пузыри осциллируют одновременно, давление вокруг каждого из них не постоянно.

Механизм расчёта сигнатуры Основное предположение: Так как изучаемые длины волн существенно больше размеров пузыря, Механизм расчёта сигнатуры Основное предположение: Так как изучаемые длины волн существенно больше размеров пузыря, влияние окружающих пузырей на данный пузырь можно представить как изменение внешнего давления. PHi(t) = PHi+mi(t) И, таким образом, группа из взаимодействующих пузырей представляется как группа невзаимодействующих пузырей, внешнее давления для каждого из которых меняется со временем.

Механизм расчёта сигнатуры Итог расчёта – подобная сигнатура для каждой пушки, а далее – Механизм расчёта сигнатуры Итог расчёта – подобная сигнатура для каждой пушки, а далее – их суперпозиция для расчёта суммарного сигнала в любом направлении.

Параметры группового пневматического источника 1. 2. 3. 4. 5. 6. Объём Давление сжатого воздуха Параметры группового пневматического источника 1. 2. 3. 4. 5. 6. Объём Давление сжатого воздуха Синхронизация (задержки в срабатывании отдельных пневмоисточников в группе) Заглубление Конфигурация Направленность

Выбор заглубления ПИ Условие полного согласования: Задача – использовать такое заглубление, при котором частотные Выбор заглубления ПИ Условие полного согласования: Задача – использовать такое заглубление, при котором частотные характеристики приёмника и источника совпадают со спектром прямой волны совпадает с доминантной частотой сигнала!

Выбор заглубления ПИ При увеличении заглубления источника происходит увеличение энергии сигнала, но ослабляются высокочастотные Выбор заглубления ПИ При увеличении заглубления источника происходит увеличение энергии сигнала, но ослабляются высокочастотные его компоненты. Энергия сигнала в сейсмическом диапазоне частот (а обычно и вся энергия сигнала) увеличивается с увеличением заглубления Частота первого нуля амплитудного спектра:

Выбор заглубления ПИ • с учётом спутника со стороны косы (глубина косы 10 метров) Выбор заглубления ПИ • с учётом спутника со стороны косы (глубина косы 10 метров)

Типичные процедуры обработки сигнала ПИ 1. De-bubble (детерминистическая предсказывающая деконволюция на сигнале) 2. Приведение Типичные процедуры обработки сигнала ПИ 1. De-bubble (детерминистическая предсказывающая деконволюция на сигнале) 2. Приведение сигнала к нуль-фазовому виду.

Типичные процедуры обработки сигнала ПИ Типичные процедуры обработки сигнала ПИ

Типичные процедуры обработки сигнала ПИ Типичные процедуры обработки сигнала ПИ

Типичные процедуры обработки сигнала ПИ Типичные процедуры обработки сигнала ПИ

Проблема ошибки заглубления Несмотря на часто встречающиеся в ТЗ требования к отклонению в глубине Проблема ошибки заглубления Несмотря на часто встречающиеся в ТЗ требования к отклонению в глубине заглубления источника ± 1 метр, глубина его буксировки зачастую не контролируется. W. H. Dragoset в работе Airgun Instabilities приводит способ оценки влияния параметров источника на форму сигнала с помощью процедур обработки.

Brute Stack Методика работ: 2 D, плавучая коса длиной 6. 5 км, интервал ПП Brute Stack Методика работ: 2 D, плавучая коса длиной 6. 5 км, интервал ПП – 12. 5 метров, интервал ПВ – 25 метров

Временной разрез после сигнатурной деконволюции до суммирования, точное заглубление Временной разрез после сигнатурной деконволюции до суммирования, точное заглубление

Временной разрез после сигнатурной деконволюции до суммирования, ошибка заглубления +1 метр Временной разрез после сигнатурной деконволюции до суммирования, ошибка заглубления +1 метр

Временной разрез после сигнатурной деконволюции до суммирования, ошибка заглубления -1 метр Временной разрез после сигнатурной деконволюции до суммирования, ошибка заглубления -1 метр

Направленность группового источника В отличие от точечного излучателя, волновое поле, возбуждаемое группой излучателей, база Направленность группового источника В отличие от точечного излучателя, волновое поле, возбуждаемое группой излучателей, база которой сравнима с преобладающей длиной волны, характеризуется определенной нерегулярностью амплитудных и фазовых соотношений вдоль фронта суммарной волны (Гуленко, 2003)

Направленность группового источника Конфигурация создаваемого источника должна создаваться с учётом выбранной методики съёмки. Ниже Направленность группового источника Конфигурация создаваемого источника должна создаваться с учётом выбранной методики съёмки. Ниже приведены две методики 3 D-сейсмических работ и их розы-диаграммы. Первая методика – с плавучими косами, вторая – с донными регистраторами. 6000 м 4587, 5 м 2975 м

Направленность группового источника 2) V=1480 cu. in. 1) V=3858 cu. in. V=720 cu. in. Направленность группового источника 2) V=1480 cu. in. 1) V=3858 cu. in. V=720 cu. in.

Направленность группового источника 1 2 3 Направленность группового источника 1 2 3

Направленность группового источника 1 2 3 Направленность группового источника 1 2 3

Направленность группового источника … 22° 1500 м/с 50° 3000 м/с -Целевой горизонт 60° 90° Направленность группового источника … 22° 1500 м/с 50° 3000 м/с -Целевой горизонт 60° 90° 120° 30° 150° 0° 180° 22°

Направленность группового источника 1 Разница по параметру P/P – в 1. 6 раза Амплитудные Направленность группового источника 1 Разница по параметру P/P – в 1. 6 раза Амплитудные спектры сигнала для разных азимутов. Угол падения на горизонт 50°. Signal amplitude spectra for different azimuths. Incidence angle 50°. Различие по энергии– в 1. 7 раза

Направленность группового источника 2 Разница по параметру P/P – в 1. 05 раза Амплитудные Направленность группового источника 2 Разница по параметру P/P – в 1. 05 раза Амплитудные спектры сигнала для разных азимутов. Угол падения на горизонт 50°. Signal amplitude spectra for different azimuths. Incidence angle 50°. Различие по энергии– в 1. 15 раза

Направленность группового источника 3 Разница по параметру P/P – в 1. 1 раза Амплитудные Направленность группового источника 3 Разница по параметру P/P – в 1. 1 раза Амплитудные спектры сигнала для разных азимутов. Угол падения на горизонт 50°. Signal amplitude spectra for different azimuths. Incidence angle 50°. Различие по энергии– в 1. 2 раза

Современные тенденции в использовании ПИ Использование больших заглублений для повышения энергии на низких частотах Современные тенденции в использовании ПИ Использование больших заглублений для повышения энергии на низких частотах и помехоустойчивости (меньше зависимость от волнения), борьба с нулями спектра в процессе обработки (Wi-Band). Буксировка источников на разных глубинах с вводом задержек в запуск для того, чтобы в амплитудном спектре не было нулей.

Современные тенденции в использовании ПИ Современные тенденции в использовании ПИ

Спасибо за внимание! Спасибо за внимание!

Список литературы Гуленко В. И. Пневматические источники упругих волн для морской сейсморазведки. Краснодар, 2003. Список литературы Гуленко В. И. Пневматические источники упругих волн для морской сейсморазведки. Краснодар, 2003. Калинин А. В. , Калинин В. В. , Пивоваров Б. Л. Потенциальная эффективность группирования источников в морской сейсморазведке // Прикладная геофизика. Вып. 82. М. : Недра, 1976. Dragoset W. H. Air-gun array specs: A tutorial // Geophysics: The leading edge of exploration. 1990. January Giles B. F. , Johnston R. C. System approach to air gun array design // Geophysical Prospecting. 1973. V. 21. № 1. Hopperstad J. F. , Laws R. Source Signature Estimation - Attenuation of the Seafloor Reflection Error in Shallow Water, 2006. Hegna S. , Parkes G. The low frequency output of marine air-gun arrays, Geophysics, 2011. Dragoset W. H. , Hargreaves N. , Larner K. Air Gun Source Instabilities and Shot-by-Shot Signature Deconvolution, Geophysics, 2003.