Способ изучения донных отложений Советский патент 1993 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям геологических образований на акваториях и, в частности предназначено для изучения и картирования придонных отложений.

Цель изобретения - повышение достоверности литологического расчленения донных отложений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, основанном на излучении и приеме упругих колебаний звуковой частоты, излучение и прием производят ши- рокоп олосными излучателем и приемником, определяют коэффициенты отражения на различных частотах в диапазоне 1000-10000 Гц, строят частотные характеристики прямой и отраженных волн вдоль профиля съемки и по сравнению параметров отраженных волн с параметрами прямой волны и эталонными параметрами отражений от различных пород судят о литологии отложений.

Как известно, морское дно представляет собой отражающую, рассеивающую и по- глощающую границу, имеющую ряд характерных особенностей, обусловленных различием их акустических свойств, так как по составу может меняться от твердой скалы до мягкого ила и зачастую является сложной слоистой структурой, имеющей плотность и скорость звука постепенно или резко меняющиеся с глубиной.

Потери при отражении представляют собой логарифмическую меру отношения интенсивности отраженной волны г к интенсивности падающей волны i и имеют вид

mi г rmsln© - nsin0- 2 10109 IT Lmsine + nsinBJ

g;

pi,pi плотности граничащих сред;

Ы

:CO

Ci, Сз скорости звука в граничащих средах;

О - угол падающей и отраженной вол- н ы.

Вместе с тем, многочисленные измерения поглощения звука в осадочных отложениях показали, что коэффициент поглощения золн сжатия в морских осадках в функции от частоты определяется зависимостью

,

где о.- выражается в децибелах на метр;

f - в килогерцах, а К и п являются эмпирическими параметрами.

В песчаных, илистых, глинистых и других типах грунтов п практически равно единице, К зависит от пористости и примерно равно 0,5 для пористости 35-60%.

Учитывая вышеизложенное, для повышения эффективности изучения донных отложений предпочтительнее проводить измерения комплекса параметров отраженных волн, включающих амплитуду, энергию, частотную характеристику в определенном диапазоне, например в диапазоне 1000- 10000 Гц, и сравнивая данные измерений с параметрами прямой и эталонных отраженных волн можно с большой достоверностью судить о литологии донных отложений. Так при прохождении прямой и отраженных от дна импульсов через ряд фильтров с полосой пропускания fi 1000 Гц ±250 Гц; f2 2000 Гц ± 250 Гц; f3 3000 Гц ± 250 Гц и т.д. наблюдаются смещения в ту или другую сторону от fi, f2, тз... основной частоты, спектра, изменения энергии, амплитуды импульсов отраженной волны относительно этих же параметров прямой волны. В случае мягких грунтов (ил, глины, песок) интенсивность и энергия отраженной волны существенно уменьшаются и составляют 0,30-0,40 прямой волны, а резонансная (преобладающая) частота спектра импульса смещается в область низких частот.

При твердых грунтах (известняки, плотные песчаники и т.д.) интенсивность и энергия отраженных волн увеличивается, доходя до 0,7-0.9, а резонансная частота смещается в область высоких частот.

Выполненные измерения на частотах fi 940 Гц, f2 2300 Гц и тз 3700 Гц, приведенные в таблице, позволяют утверждать, что анализ частотного спектра отраженных волн совместно с коэффициентом отражения по интенсивности существенно повышает эффективность литологического расчленения донных грунтов.

Способ осуществляется следующим образом.

Электрический импульс от накопителя поступает на излучатель, где преобразуется

в импульсы упругих колебаний.

Волны, отраженные от поверхности дна и нижележащих пород, а также прямая волна воспринимаются широкополосным при- емником-пьезокосой, преобразуются в

электрические сигналы и поступают на вход усилителя. Усиленный сигнал по отдельным каналам подается на входы узкополосных фильтров.

Количество фильтров определяется ди5 эпазоном принятых частот измерений, т.е. 1000-10000 Гц или 500-5000 Гц и т.д., а также характеристикой фильтров, полосой их пропускания и конструктивными особенностями, габаритами. При полосе пропуска0 ния 450-500 Гц желательная разность резонансных частот фильтров составляет не менее 800-1000 Гц.

С выхода фильтров сигналы поступают на входы широкополосных регистраторов, в

5 качестве которых используются электрические (осциллографические, магнитные) записывающие устройства.

В каждом канале на записи вначале регистрируются прямая волна и далее, через

0 определенный промежуток времени (в зависимости от глубины водоема), отраженные волны от дна и поддонных отложений.

Измеряют амплитуду, частотный спектр, энергии прямой и отраженных волн

5 и, сравнивая их с параметрами прямой волны, а также эталонных отражений, опреде- ленных на участках с известными породами донных отложений, устанавливают литологию исследуемого участка дна.

0 Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения за ключается в повышении достоверности распознавания донных грунтов, что позволяет в несколько раз сократить сроки морских на5 блюдений и объем отбора образцов грунта. Формула изобретения Способ изучения донных отложений, основанный на излучении и приеме упругих колебаний, по которым судят о литологии

0 отложений, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности лито- логического расчленения донных отложений, излучение и прием производят широкополосными излучателем и приемни5 ком, определяют коэффициенты отражения на различных частотах в диапазоне 1000

10000 Гц; строят частотные характеристики прямой и отраженных волн вдоль профиля съемки, сравнивают резонансные частоты. интенсивность и энергию отраженных вопи

г яияпогичяыми мзрам(Г:лми прямых волн и г-о увеличению .«мер е ческих пэрямет- ров волны и смещению резонансной частоты Р низкочастотную область выделяют

илотяыд глины и соответственно по их уменьшению смещению резонансной часгогы ь высокочастотную область выделяют рыхлые отложения

Использование: при геофизических исследованиях геологических образований на акваториях, в частности при картировании и изучении придонных отложений. Сущность изобретения: излучение и прием производят широкополосными излучателями и приемниками. Определяют резонансные частоты, интенсивность и энергию отраженных волн. Сравнивают их с аналогичными параметрами прямой волны. По .смещению резонансной частоты в высокочастотную или низкочастотную области и изменению параметров отраженной волны по сравнению с прямой судят о типе донных отложений.