Способ определения плотности пород дна водоемов Советский патент 1982 года по МПК G01N9/24 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОРОД ДНА ВОДОЕМОВ

Изобретение относится к геоакустическим и сейсмическим исследованиям донных осадков на акваториях (моряХ, реках и т. д

Известен лабораторный способ определения плотности пород методом гидростатического взвешивания, например, с по- 5 мощью денситометра или технических весов 1.

Для осуществления необходим отбор образцов пород, что помимо низкой производительности приводит к изменению (})изи- ,Q ческого состояния пород по сравнению с их естественным залеганием и вызывает ошибки в измерении плотности, которые увеличиваются для многофазных водо- и водо-газонасыщенных пород.

Известен также способ измерения плот- 15 ности, основанный на применении акустических колебаний и заключающийся в замерах скоростей распространения упругой волны в трех различных направлениях с последующим определением плотности 2. Q

Основным недостатком указанного способа является невозможность получения информации о физических свойствах нород дна, находящихся в условиях их естественного залегания, во-первых, потому, что

способ является лабораторным, а значит требует отбора образцов пород, и, во-вторых, способ требует механического контакта с объектом измерения, что не позволяет осуществлять определение плотности пород на профиле в процессе движения судна.

Наиболее близким техническим решением является способ определения плотности осадков дна в условиях их естественного залегания, основанный на измерении кинематических характеристик волн, отраженных от дна и подошвы под различными углами путем сейсмического профилирования, а также коэффициента отражения волн при их нормальном падении на дно водоема, по которым определяют плотность осадков 3.

К недостаткам этого способа относятся необходимость знания величины скорости распространения упругих волн в верхнем слое осадков, а при наличии этих данных определение плотности по коэффициенту отражения никогда не представляло сложности. Величина скорости в этом способе определяется обычными сейсмическими способами, используя отражение сигнала от подошвы верхнего слоя несколькими углами к отражающей поверхности, т. е. рассматривается волна, прошедшая дважды через весь верхний слой осадков. Наибольшую сложность в этом способе представляет выделение на фоне помех вступления второй волны, отраженной от подошвы верхнего слоя (при вычислении скорости), тем более, что верхний слой осадков может оказаться слоистым или градиентным. Возможны варианты, когда в пределах глубинности метода граница от подошвы первого слоя вообш,е не вица от подошвы первого слоя вообще не регистрируется Скорость, полученная по данным сейсморазведки, характеризует весь первый слой, а отражение от дна, по которому вычисляют плотности - самую верхнюю часть этого слоя, и чем глубже будет расположена подошва первого . слоя, по отражению от которой вычисляется скорость, тем больше будет ошибка в определении величины плотности.

Цель изобретения - определение плотности придонных пород в условиях их естественного залегания.

Цель достигается тем, что согласно способу определения плотности пород дна водоемов, основанному на излучении импульных акустических сигналов в водоем, одновременном приеме отраженных сигналов в двух отстоящих по горизонтали точках и определении свойств пород дна по характеристикам отраженных сигналов, определяют моменты первых вступлений отраженных сигналов и их амплитуды в первых вступлениях, по которым судят о плотности пород.

На чертеже показаны элементы для реализации предложенного способа.

Они включают излучатель I для возбуждения упругих колебаний, приемник 2, расположенный в непосредственной близости от излучателя, и приемник 3, удаленный от излучателя I на некоторое расстояние.

Все эти элементы располагаются в воде, имеющей плотность весьма близкую 1, и могут буксироваться судном.

Для осуществления предложенного способа производят следующие операции.

Изучают в воде импульс упругих колебаний, например, с помощью излучателя 1, причем эти колебания распространяются как по нормали к поверхности дна, так и в других направлениях.

Принимают колебания с помощью приемника 2, распространяющиеся и отражающиеся по нормали к поверхности дна в точке, лежащей вблизи точки излучения, с измерением времени распространения отраженной волны по нормали к дну 2t, и коэффициента отражения К( по амплитудам первых вступлений отраженного сигнала.

Принимают колебания с помощью приемника 3, распространяющиеся и отражающиеся под некоторым углом к поверхности

дна, отличающимся от нормального падения, в точке, отстоящей на некотором расстоянии от точки приема, с измерением времени распространения отраженной волны по этому пути i и коэффициента отражения К, также по амплитудам первых вступлений сигнала. Измеряют время распространения прямой волны t от излучателя 1 до второго приемника 3. Определяют угол падения упругой волны на границу раздела вода-дно 0 по формуле

°С05 0 4ll±il--ii

4iit2

Определяют плотность пород дна водоема по формуле - | М sine

r где А - плотность воды.

5 M , N 4- - -Время распространения импульса tj между излучателем 1 и приемником 3 может быть измерено или вычислено по известному расстоянию между ними и опре° деленной, например, по таблицам скорости распространения упругих волн в воде. Реально достигнутые в натурных условиях погрешности измерения величины плотности не превышают , что достаточно

5 для инженерно-геологических и некоторых прикладных задач, а с применением специальных методических приемов и статистических методов обработки погрещность может быть снижена.

Q Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что он позволяет определять плотность самой верхней части донных осадков в условиях их естественного залегания независимо от свойств подошвы.

Формула изобретения

Способ определения плотности пород дна водоемов, основанный на излучении импульсных акустических сигналов в водоем, одновременном приеме отраженных сигналов в двух отстоящих по горизонтали точках и определении свойств пород дна по характеристикам отраженных сигналов, отличающийся тем, что, с целью определения плотности придонных пород в условиях их естественного залегания, определяют моменты первых вступлений отраженных сигналов и их амплитуды в первых вступлениях, по которым судят о плотности пород.

0Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Кабранова В. Н. Физические свойства горных пород, М., «Недра, 1962, с. 116.

2.Авторское свидетельство СССР № 678391, кл. G 01 V 1/00, 1977.

3.Акустика морских осадков. Под редакцией Л. Хэмптона. М., «Мир, 1977, с. 299- 313 (прототип).