СПОСОБ МОРСКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ НА АКВАТОРИЯХ С ЛЕДОВЫМ ПОКРОВОМ Советский патент 1995 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к области морской сейсмической разведки методом отраженных волн и может быть использовано при поисках и разведке полезных ископаемых.

Целью изобретения является повышение надежности эксплуатации забортного геофизического оборудования и увеличение соотношения сигнал/шум при сейсмических исследованиях в сплошном, ровном дрейфующем и недрейфующем льду.

Указанная цель достигается тем, что в способе морской сейсмической разведки на акваториях с ледовым покровом, основанном на возбуждении упругих колебаний в водной среде и регистрации отраженных от геологических границ волн, выполняют прокладку судном канала и очистку канала за судном от битого льда поворотом судна на 180^о с последующим движением кормой вперед, буксируют в очищенном канале излучатели упругих колебаний и сейсмоприемное устройство на глубинах, превышающих 3h_пр, где h_пр предельная толщина ровного льда, преодолеваемого судном, при этом скорость движения судна определяют исходя из длины, сейсмического профиля S и толщины льда h по формуле:
V где V_4в скорость судна на чистой воде;
σ_n среднее квадратичное отклонение толщины льда, на каждом пункте наблюдений возбуждение сейсмического сигнала производят через время t₂ после начала регистрации, которое определяют по формуле:
t₂ где f_н^гр нижняя граничная частота сейсморегистрирующего тракта, рассчитывают функции автокорреляции шумов сейсмоприемного устройства в окне 0 t₂ для каждой сейсмотрассы, выделяют основную частоту f_о шума вращения гребного винта, выполняют узкополосную фильтрацию трасс на частоте f_о во временном окне 0 t₂, на основании которой формируют трассы с шумом вращения гребного винта во временном окне 0 t_k, где t_к конечное время сейсмозаписи, и производят их вычитание из соответствующих трасс с сейсмическим сигналом, а перед начальным пунктом наблюдений на чистой воде и после конечного пункта наблюдений в ледовых условиях записывают шумы сейсмоприемного устройства в течение времени t₁, которое определяют по формуле:
t₁ где L длина судна, далее рассчитывают спектральные плотности шумов сейсмоприемного устройства, зарегистрированных до начального и после конечного пунктов наблюдений во временном окне 0 t₁, выделяют частоты шума разрушения льда корпусом судна и определяют спектральную плотность шума разрушения льда на этих частотах, рассчитывают спектральную плотность трасс с сейсмическим сигналом во временном окне t₂-t_к, вычисляют весовые коэффициенты на частотах разрушения льда корпусом судна, с учетом которых определяют сейсмический разрез геологической среды.

На фиг. 1 схема реализации способа, вид сверху; на фиг. 2 то же, вид сбоку.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 научно-исследовательское судно-ледокол (НИЛ); 2 канал чистой воды за носовой оконечностью НИЛ; 3 ледяной покров акватории, на котором находятся координаты профиля сейсмических наблюдений; 4 носовая сейсмическая лебедка НИЛ; 5 носовая лебедка источников упругих колебаний НИЛ; 6 сейсмоприемное устройство в водной среде за носовой оконечностью НИЛ; 7 источники упругих колебаний в водной среде за носовой оконечностью НИЛ; 8 импульсный сеймический сигнал источников упругих колебаний; 9 отраженные волны от границ раздела; 10 границы раздела в осадочной толще; 11 гребной винт НИЛ (основной источник шума).

Сущность способа заключается в следующем. Для проведения сейсмических исследований в морях с ледовым покровом НИЛ 1 осуществляют в заданном районе прокладку канала 2 в ледовом покрове 3 и очистку канала 2 от битого льда. При этом до прокладки канала 2 и очистки канала 2 от битого льда выполняют поворот НИЛ 1 на 180^о, далее в условиях чистой воды при движении НИЛ 1 кормой вперед с носовых сейсмической лебедки 4 и лебедки источников упругих колебаний 5 вытравливают сейсмоприемное устройство 6 и источники упругих колебаний 7. После этого осуществляют движение НИЛ 1 кормой вперед, прокладывая канал 2 в ледовом покрове 3 и очищая его от битого льда, буксируют в очищенном канале 2 излучатели упругих колебаний 7 и сейсмоприемное устройство 6. Буксируемые НИЛ излучатели упругих колебаний 7 через равные промежутки времени генерируют в водной среде импульсный сейсмический сигнал 8, а буксируемым этим же НИЛ 1 сейсмоприемным устройством 6 регистрируют отраженные волны 9 от границ раздела 10 в осадочной толще и фундаменте, причем глубина буксирования забортного геофизического оборудования должна превышать 3h_пр, где h_пр предельная толщина ровного льда, преодолеваемого НИЛ 1 со скоростью 1 м/с. Скорость движения НИЛ 1 вдоль линии профиля в ледовых условиях выбирают в зависимости от толщины ледового покрова 3 и длины сейсмического профиля по формуле (1).

При непрерывном движении НИЛ 1 вдоль линии профиля в ледовых условиях на каждом пункте наблюдений возбуждение импульсного сейсмического сигнала 8 производят через время после начала регистрации, что позволяет выделить шум вращения гребного винта 11 с последующим его исключением из сейсмической записи. Для этого рассчитывают функции автокорреляции шумов сейсмоприемного устройства в окне 0 t₂ для каждой записи сейсмоотрассы, выделяют основную частоту f₀ шума вращения гребного винта 11, выполняют узкополосную фильтрацию трасс на частоте f₀ во временном окне 0 t₂, на основании которой формируют трассы с шумом вращения гребного винта 11 во временном окне 0 t_к и проводят их вычитание из соответствующих трасс с сейсмическим сигналом. Перед начальным пунктом наблюдений, координаты которого находятся на акватории, покрытой льдом, после поворота НИЛ 1 и завершения вытравливания сейсмоприемного устройства 6 и источником упругих колебаний 7 при движении НИЛ 1 кормой вперед в условиях чистой воды записывают шумы сейсмоприемного устройства 6 в течение времени . Шумы сейсмоприемного устройства 6 записывают также после конечного пункта наблюдений в ледовых условиях в течение времени t₁. Далее рассчитывают спектральные плотности шумов сейсмоприемного устройства 6, зарегистрированных до начального и после конечного пунктов наблюдений во временном окне 0 t₁, выделяют частоты шумов разрушения льда корпусом НИЛ 1, определяют спектральную плотность шумов разрушения льда на этих частотах, рассчитывают спектральную плотность трасс с сейсмическим сигналом 8 во временном окне t₂-t_к, вычисляют весовые коэффициенты на частотах разрушения льда корпусом НИЛ 1, с учетом которых определяют сейсмический разрез геологической среды.

Способ реализуется в следующей последовательности операций. Перед подходом к кромке ледового покрова 3, на котором находятся координаты начального пункта наблюдений сейсмического профиля. НИЛ 1 разворачивают на 180^о. Далее в условиях чистой воды при движении НИЛ 1 кормой вперед вытравливают с носовой сейсмической лебедки 4 сейсмоприемное устройство 6, с носовой лебедки 5 источники упругих колебаний 7. После завершения этих технологических операций НИЛ 1 движется кормой вперед и в условиях чистой воды записывают шумы сейсмоприемного устройства 6 в течение времени , где L длина НИЛ 1, V скорость НИЛ 1. После окончания записи шумов двигающийся кормой вперед НИЛ 1 прокладывает канал 2 в ледовом покрове 3 и производит очистку канала 2 от битого льда, буксирует вдоль линии профиля источники упругих колебаний 7 и сейсмоприемное устройство 6 за носовой оконечностью НИЛ 1 в очищенном от льда канале 2 на глубинах, превышающих 3h_пр. Скорость движения НИЛ 1 вдоль линии профиля определяется в зависимости от толщины льда и длины профиля в ледовых условиях по формуле (1). Начиная с начального пункта наблюдений, через равные промежутки времени излучатели упругих колебаний 7 генерируют импульсный сейсмический сигнал 8, а буксируемое сейсмическое приемное устройство 6 регистрирует отраженные волны 9 от границ раздела 10 в осадочной толще и фундаменте, причем на каждом пункте наблюдений возбуждение сейсмического сигнала производят через время После прохождения НИЛ 1 конечного пункта наблюдений производят запись шумов сейсмоприемного устройства 6 в ледовых условиях в течение времени . Затем источники упругих колебаний 7 и сеймоприемное устройство 6 поднимают на борт НИЛ 1 с помощью носовой лебедки 5 и носовой сейсмической лебедки 4 соответственно или буксируют за носовой оконечностью судна к начальному пункту наблюдений следующего профиля. После окончания сейсмопрофилирования на борту НИЛ 1 рассчитывают функции автокорреляции шумов сейсмоприемного устройства 6 в окне 0 t₂ для каждой сейсмотрассы, выделяют основную частоту f₀ шума вращения гребного винта 11, выполняют узкополосную фильтрацию трасс на частоте f₀ во временном окне 0 t₂ на основании которой формируют трассы с шумом вращения гребного винта 11 во временном окне 0 t_к, и производят их вычитание из соответствующих трасс с сейсмическим сигналом 8. Далее рассчитывают спектральные плотности шумов сейсмоприемного устройства 6, зарегистрированных до начального и после конечного пунктов наблюдений во временном окне 0 t₁, выделяют частоты шума разрушения льда корпусом НИЛ 1 и определяют спектральную плотность шума разрушения льда. На этих частотах рассчитывают спектральную плотность трасс с сейсмическим сигналом 8 во временном окне t₂ t_к, вычисляют весовые коэффициенты на частотах разрушения льда корпусом НИЛ 1, с учетом которых определяют сейсмический разрез геологической среды.

П р и м е р. Пусть НИЛ на чистой воде имеет скорость V_4в=15 уз. длина НИЛ L= 80 м, предельная льдопроходимость НИЛ h_пр=1,0 м. На НИЛ установлена сейсморегистрирующая аппаратура "Волна-96" и сейсмоприемное устройство ПСК-10.

Определим коэффициент k₁.

k₁ 6,73
Используя приведенную ниже табл. 1 данных о зависимости среднего квадратического отклонения толщин льда от толщины льда при различных условиях его формирования (см. Бузуев А.Я. Влияние природных условий на судоходство в замерзающих морях, Л. Гидрометеоиздат, 1981, с. 63), по формуле (1) определим минимально устойчивую скорость хода НИЛ в зависимости от толщины преодолеваемого льда и длины линии профиля. Результаты расчета представлены в табл. 2.

Из приведенных расчетов следует, что при увеличении длины профиля необходимо увеличивать скорость движения НИЛ, чтобы иметь заданную 2% вероятность его остановки во время работы.

Пусть толщина льда вдоль линии профиля будет постоянной и составляет h= 0,8 м. Минимальная устойчивая скорость НИЛ будет равна V=3,14 м/с при длине профиля 1000 м. Глубина буксирования сейсмоприемного устройства и источников упругих колебаний должна превышать 3 h_пр, т.е. 2,4 м. Перед начальным и после конечного пунктов наблюдений производят запись шумов сейсмоприемного устройства в течение времени =50,9 с, т.е. например, 9 сейсмограмм с длительностью записи 6 с. Нижняя граничная частота f_н^гр сейсмоприемного устройства ПСК-10 составляет f_н^гр=5 Гц, сейсморегистрирующей аппаратуры "Волна-96" также f_н^гр=5 Гц. Тогда на каждом пункте наблюдений возбуждение сейсмического сигнала необходимо проводить через t₂==2 с после начала регистрации.

Таким образом, использование НИЛ для проведения сейсморазведочных работ на акваториях с ледовым покровом и новая последовательность технологических операций (прокладка канала в ледовом покрове и очистка НИЛ канала от битого льда при движении НИЛ кормой вперед буксировка источников упругих колебаний в очищенном от льда канале), а также использование специальных режимов их выполнения (скорость движения НИЛ, глубина погружения сейсмоприемного устройства и источников упругих колебаний) обеспечат повышение надежности эксплуатации забортного геофизического оборудования в ледовых условиях.

Удаление основного источника шума гребного винта от приборных секций сейсмоприемного устройства и экранирование шума движителя корпусом НИЛ при его движении кормой вперед, уменьшение пульсирующих гидродинамических давлений на участке снижения кабель-буксира сейсмоприемного устройства и вызванных ими вибраций кабель-буксира в набегающем потоке при движении НИЛ кормовой вперед обеспечат повышение соотношения сигнал/шум. Регистрация шумов сейсмоприемного устройства перед начальным и после конечного пунктов наблюдений сейсмического профиля в течение времени t₁ с последующим выделением и ослаблением в сейсмической записи шумов, вызванных разрушением льда корпусом НИЛ, установление необходимого времени t₂ между началом регистрации и возбуждением сейсмического сигнала с последующим выделением и исключением из сейсмической записи шумов вращения гребного винта также позволят повысить соотношение сигнал/шум при морских сейсмических исследованиях в ледовых условиях.

Использование: в области морской сейсмической разведки, в частности при поисках полезных ископаемых методом отраженных волн при исследованиях в сплошном ровном дрейфующем и недрейфующем льду. Сущность изобретения: в ледовом покрове прокладывают канал, очищают его ото льда поворотом судна на 180°. В очищенном канале буксируют сеймопреобразователи. Скорость движения судна выбирают исходя из длины сейсмического профиля и толщины льда. Выполняют обработку зарегистрированных сигналов для исключения шумов вращения гребного винта и шума разрушения льда корпусом судна. 2 ил., 2 табл.

СПОСОБ МОРСКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ НА АКВАТОРИЯХ С ЛЕДОВЫМ ПОКРОВОМ, основанный на возбуждении упругих колебаний в водной среде и регистрации отраженных от изучаемых геологических границ волн, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности эксплуатации забортного геофизического оборудования и увеличения соотношения сигнал/шум при исследованиях в сплошном, ровном дрейфующем и недрейфующем льдах, в последнем выполняют прокладку судном канала и очистку канала за судном от битого льда поворотом судна на 180^o с последующим движением кормой вперед, буксируют в очищенном канале излучатели упругих колебаний и сейсмоприемное устройство на глубинах, превышающих 3h_пр, где h_пр предельная толщина ровного льда, преодолеваемого судном, при этом скорость движения судна определяют исходя из длины сейсмического профиля S и толщины льда h по формуле:

где скорость судна на чистой воде;
O_n среднее квадратическое отклонение толщины льда,
на каждом пункте наблюдений возбуждение сейсмического сигнала производят через время t₂ после начала регистрации, которое определяют по формуле:

где fuн

^h нижняя граничная частота сейсморегистрирующего тракта, рассчитывают функции автокорреляции шумов сейсмоприемного устройства в окне 0 t₂ для каждой сейсмотрассы, выделяют основную частоту f₀ шума вращения гребного винта, выполняют узкополосную фильтрацию трасс на частоте f₀ во временном окне 0 t₂, на основании которой формируют трассы с шумом вращения гребного винта во временном окне 0 t_к, где t_к - конечное время сейсмозаписи, и производят их вычитание из соответствующих трасс с сейсмическим сигналом, а перед начальным пунктом наблюдений на чистой воде и после конечного пункта наблюдений в ледовых условиях записывают шумы сейсмоприемного устройства в течение времени t₁, которое определяют по формуле:

где l длина судна,
далее рассчитывают спектральные плотности шумов сейсмоприемного устройства, зарегистрированных до начального и после конечного пунктов наблюдений во временном окне 0 t₁, выделяют частоты шума разрушения льда корпусом судна и определяют спектральную плотность шума разрушения льда на этих частотах, рассчитывают спектральную плотность трасс с сейсмическим сигналом во временном окне t₂ t_к, вычисляют весовые коэффициенты на частотах шума разрушения льда корпусом судна, с учетом которых определяют сейсмический разрез геологической среды.