Способ определения скорости звука в морских осадках Советский патент 1989 года по МПК G01V1/00 

1

Изобретение относится к дистанционным методам определения скорости звука в морских осадках и может быть использовано в исследованиях акустических характеристик донных осадочных отложений, а также для интерпретации результатов сейсмического профилирования дна, в частности, при разведке месторождений полезных ископаемых .

Цель изобретения - повышение точности определения скорости звука в морских осадках и упрощение измерений.

На фиг.1 схематически показана геометрия предлагаемого способа; на фиг.2 - график зависимости Ъ (л).

Способ определения скорости звука в морских осадках осуществляется следующим образом.

Судно осуществляет постановку донной приемно-регистрирующей системы, включающей вертикально разнесенные гидрофоны и многоканальный магнитный регистратор, рассчитанные на прием шумов в диапазоне максимума излучения судоходства (10 Гц и 1 кГц); проЈъ

эо

о со

00

изводится запись шумов любых движущихся источников шума в воде.

Автономная донкая станция поднимается на борт судна и производится обработка записанных сигналов. Взаимно корреляционным способом определяется временная задержка 0 прямых сигналов, принятых двумя гидрофонами, разнесенными по вертикали на расстоя- ние d, и по формуле

arccos

-Јг-

.определяется угол прихода Ж звуковой волны, где с - скорость звука у дна.

Точность измерения угла прихода Јoi определяется размером базы и сой частот &F принимаемого шума

Јci

с F

и при полосе частот 500 Гц и длине базы 200 м составляет величину порядка 1 .

Временная задержка между донными сигналами (прошедшими на пути к приемнику водный слой, а затем отражен ными или рефрагированными в осадочном слое) и прямыми сигналами (попадающими в приемник по водному слою) измеряется путем определения максимума автокорреляционной функции шумового- сигнала, принятого отдельным гидрофоном.

Строится угловой разностный годограф Ъ (ot) объединяющий данные измерений временных задержек и углов зондирования дйа для всех движущихся источников шума, зарегистрированных за время постановки приемной системы на дно, на основании которого стандартными приемами решаетс обратная задача определения профиля скорости звука в осадочном слое дна.

Автономная дойная станция с вертикально разнесенными гидрофонами 1 и 2 помещается на дно. На поверхности моря показаны два последовательных положения 3 и 4 движущегося судна при малых расстояниях от донной станции, когда угол зондирования дна oi. велик (положение 3), и при больших расстояниях, когда угол зондирования дна oi мал (положение 4), и соответствующие этим положениям траектории прямых и донных лучей, по которым шумовые сигналы, излучаемые движущимся судном, попадают в гидрофон 1. На.

JQ

5

0

25

30

5

0

5

0

5

малых расстояниях (положение 3) в гидрофон 1 шум попадает двумя путя ми: по прямрму лучу 5 и по лучу 6, отраженному нижней базальтовой границей осадочного слоя. На больших расстояниях (положение 4) донный луч 8 испытывает рефракцию и заворачивает в слое осадков. Угол прихода прямого луча 7 определяется°с помощью задержек прихода волны в гидрофоны 1 и 2 взаимно корреляционным методом. Для глубокого моря (глубина 5-6 км) участок рефрагированного донного луча 8, проходящего в осадочной толще, значительно меньше глубины моря, поэтому угол oi. прихода прямого луча 7 и угол входа об рефрагированного луча 8 (угол зондирования дна) практически совпадают. В этом случае чвремя запаздывания Ъ луча 8 относительно луча 7, измеряемое автокорреляционным методом, определяется углом oi и неизвестным профилем скорости звука в слое осадков.

На фиг.2 изображены экспериментально получаемая зависимость разностного годографа Ј от угла зондирования дна сЈ. Для определения профиля скорости звука в осадках по экспериментальной кривой (ci) используются стандартные процедуры. Например, итерационный подбор на ЭВМ глубинной зависимости скорости звука в осадках, для которой расчетные значения разностного годографа наилучшим образом (по критерию наименьших квадратов) совпадают с экспериментально измеренной зависимостью Ј(об).

Предлагаемый способ может выпол- . няться попутно с другими гидроакустическими работами, не требует ист- пользования мощных специальных источников звука (их роль выполняют шумы судоходства), не требует измерения расстояний во время эксперимента (ин формация об углах зондирования дна регистрируется автоматически), позволяет использовать шумы постороннего судоходства, при этом точность определения скорости звука повышается из-за расширения диапазона углов зондирования дна, локализации области зондирования и увеличения соотношения сигнал - помеха при измерениях. Формула изобретения

Способ определения скорости звука в морских осадках, включающий использование шумовых акустических сигналов

51

от движущегося в впде источника, регистрацию, обработку этих сигналов и расчет распределения скорости звука по глубине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения скорости звука и упрощения измерений, прием и регистрацию сигналов осуществляют на дне, измерения производятся не менее чем

816986

двумя разнесенными по вертикали приемниками, а исходные угловые разностные годографы вычисляют по максимумам текущей функции автокорреляции непрерывного шумового сигнала, принятого отдельным гидрофоном, и текущей взаимно корреляционной функции шумовых сигналов, принятых парой гид- IP рофонов.

Изобретение относится к способам определения скорости звука в морских осадках. Цель изобретения - повышение точности определения скорости звука по глубине осадочного слоя и упрощение измерений. В качестве источников используются любые движущиеся источники шума в воде. Способ основан на акустическом зондировании дна и автокорреляционном методе обработки регистрируемых шумов для расчета профиля скорости звука и основан на донном расположении системы приема и регистрации сигналов с использованием в приемной системе пары вертикально разнесенных приемников, что позволяет регистрировать зондирующие сигналы одновременно с информацией об углах зондирования дна. 2 ил.

+

Фи&.1

О9

Об

Г

зо1

Фие.2