CC BY
47
УДК 850. 834 В.Г. Лужецкий
ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск
СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
При поиске газогидратов в субмаринных отложениях используют аппаратуру многоканального сейсмического профилирования, которая не позволяет получать данные с высоким разрешением. Для обнаружения газогидратов и исследования их распределения в осадках по глубине, площади, а также локальных скоплений необходимы новые технические средства. К ним следует отнести, например, сейсмоакустический комплекс высокого разрешения АКВАСВИП, разработанный в ГНЦ «ЮЖМОРГЕОЛОГИЯ», стоимость которого превышает 300000$ и его покупка практически невозможна для академических институтов.
В Институте (ИВМ и МГ) проводятся разработки новых методик, программных и инструментальных средств для исследования верхней части осадочного чехла сейсмическими методами и выявления в них скоплений газогидратов. В последние годы выполняются экспериментальные работы на Байкале с использованием высокоразрешающего сейсмоакустического комплекса. В состав комплекса входят геопрофилограф и автономная самовсплывающая компьютизированная донная станция.
Геопрофилограф предназначен для получения временных разрезов (сейсмопрофилей) высокого разрешения. Принцип его действия общеизвестен и состоит в генерации продольных волн, одноканальном приеме по методу вертикального сейсмопрофилирования отраженных сигналов, их регистрации в цифровом виде с помощью ноутбука и визуализации разреза на экране для оперативного контроля качества работы тракта «излучение-прием».
В качестве излучателей используются электродинамические источники (бумеры) двух типов (4 и 5 кГц). В настоящее время разрабатывается новая модификация устройства, в котором предусматривается возможность использования пьезоэлектрических антенн с широким частотным диапазоном для получения разрешения 3-5 см при небольшой глубине проникновения в осадки.
Геопрофилограф, по сравнению с российскими разработками, обладает достоинствами: портативность конструкции, что позволяет размещать его на малотоннажных судах, катерах, надувных и весельных лодках; малая потребляемая мощность (работает от аккумулятора); практически готовый профиль можно анализировать уже через несколько минут после окончания последней трассы, так как при обработке в ноутбуке используются стандартные графические системы; высокие технико-экономические показатели.
Технические параметры: глубина воды - до 500 м; проникновение в осадки - до 120 м; разрешение - до 0,3 м и лучше (с высокочастотными антеннами); энергия излучения - не более 500 Дж.
Области применения: изучение геологического строения верхних слоев донных осадков; поиск газогидратов; инженерно-геологические изыскания при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений, проектировании руслоуглубительных работ; поиск трубопроводов и заиленных объектов.
Донная станция предназначена для цифровой регистрации информации от различных датчиков и измерительных систем, первичной обработки данных на дне при проведении исследований физико-химических, гидрологических и геотермальных процессов, проходящих на дне акваторий в реальных условиях или под действием внешних возмущений. При выполнении работ по сейсмопрофилированию регистрация отраженных сигналов сейсмоприемником, находящимся непосредственно на дне, позволяет получать из-за отсутствия больших шумов существенно более качественные первичные материалы.
Состав станции: два герметичных контейнера для датчиков и блока электроники с встроенным микрокомпьютером и регистрирующей системой; гидрофон; светомаяк и радиомаяк с датчиками давления; поплавок из синтактика, обладающего положительной плавучестью; блок размыкателей для отцепа груза; груз (балласт).
Технические параметры: глубина погружения - до 2 км; число измерительных каналов - 8 шт.; динамический диапазон - 90 Дб; емкость винчестера - 2 Гбайт; время непрерывной работы - 3 суток; масса в воздухе снаряженной станции - 70 кг.
Преимущества станции:
- Низкая стоимость по сравнению с существующими аналогами;
- Портативность конструкции;
- Стоимость аренды обслуживающего судна может быть значительно снижена при использовании малотоннажных судов типа «Ярославец» и др.;
- Проста в эксплуатации, т.к. модульная конструкция станции обеспечивает высокую технологичность процессов сборки, постановки и подъема станции на борт обслуживающего судна;
- Встроенный микрокомпьютер Б1ММ - РС386 (аналог РС - 386) позволяет организовать обработку данных в реальном времени непосредственно на дне, что обеспечивает возможность установки различных типов датчиков и измерительных систем;
- Оперативный визуальный контроль зарегистрированной информации с помощью бортового ноутбука и при необходимости обработка данных сразу же после подъема станции;
- Оснащение станции гидроакустическим каналом связи позволит следить на экране бортового ноутбука за ее погружением и всплытием и подавать команды на подъем в любое время суток.
Области применения: сейсмопрофилирование при поиске газогидратов и изучении нефтегазоносности в акваториях; мониторинг обстановки на дне при оснащении соответствующими датчиками; регистрация сигналов от землетрясений.
На рис. 1 изображен внешний вид станции во время проведении натурных испытаний на озере Байкал перед опусканием ее за борт обслуживающего судна. На снимке отчетливо видны груз, блок размыкателей, гидрофон, контейнер блока электроники и поплавок. Выносной контейнер с датчиками, к сожалению, не поместился на фотографии.
Рис. 1. Внешний вид станции
В 2005 году по проекту «Экспедиции СО РАН» проводились работы по сейсмопрофилированию на озере Байкал с 13 по 19 октября на НИС «Титов». Были получены профили, при проведении которых менялись источники излучения (малый и большой бумер), энергия излучения и приемники сейсмоакустических сигналов. Работы проводились по методу вертикального сейсмопрофилирования (ВСП), когда излучатель и приемник практически находились в одной точке. Регистрация данных осуществлялась на винчестере ноутбука с использованием разработанного нами программного обеспечения и интерфейсного блока.
Глубина воды над точкой бурения БЭР-99 была около 200 м. Окончательная обработка полученных данных выполнялась в Институте, при этом использовалась новая программа визуализации, а также известные графические системы.
Профиль № 8 (рис. 2) был получен на большом бумере при энергии излучения 300 Дж и частоте 4 кГц. К сожалению, момент профилирования
совпал с временем радиосвязи, поэтому видны помехи. В правой части рисунка приведен литологический разрез керна скважины [1].
До глубины 52 м отражения от границ осадков практически совпадают с разрезом керна в местах, где находятся песчаные фракции, а на более нижних участках, выявленных после обработки, появились существенные расхождения. Тщательное изучение возможных причин несоответствия привело к выводу о том, что это обусловлено повышением скорости звука. Это можно подтвердить и тем обстоятельством, что на кривой распределения естественной влажности керна [1] на этом участке наблюдается резкое снижение влажности, а это, как известно, приводит к увеличению плотности и соответственно скорости звука.
Рис. 2. Временной разрез профиля № 8 и литологический разрез скважины
БОР-99 [1]
Сопоставление профилей с данными, полученными американскими геофизиками в 1991 и 1992 годах, показало, что на ближайшем к точке бурения профиле 91-19 [1] отсутствуют какие-либо отражения на глубинах до 20 м, тогда как мы на этом участке наблюдаем 6 границ. Но самое интересное состоит в том, что нет мощного отражения с глубины 52 м, а только есть ближайшее и слабое от слоя 47 м. Вероятнее всего то, что их последняя
максимальная граница 60 м соответствует нашей границе 52 м. У нас максимальное проникновение в осадки составило 84 м и прослеживаются 13 границ, тогда как у них всего - 5.
После обработки профиля № 8 по данным керна был построен скоростной разрез. Из-за отсутствия информации по скоростям в точке бурения мы сопоставили наш результат со скоростями продольных волн в скважине на Академическом хребте БЭР-98 [2], где в донных осадках на глубинах 50 - 100 м наблюдаются скорости в среднем около 1650 м/с и достигают максимума 1700 м/с на глубине 500 м (по данным акустического каротажа), тогда как у нас скорость 2000 м/с проявляется уже на глубине 35 м. Есть большие сомнения в том, что такие разногласия объясняются разными условиями осадконакопления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коллектив участников проекта «Байкал-бурение». Высокоразрешающая осадочная запись по керну глубоководного бурения на Посольской банке в озере Байкал (ББР-99) // Геология и геофизика, 2004, т. 45, № 2, с. 163-193.
2. Коллектив участников проекта «Байкал-бурение». Позднекайнозойская палеоклиматическая запись в осадках озера Байкал // Геология и геофизика, 2000, т. 41, № 1, с. 3-32.
© В.Г. Лужецкий, 2006
