Гайнанов Валерий Гарифьянович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
|
содержание |
Актуальность темы. Сокращение запасов полезных ископаемых, в особенности нефти и газа, на суше ведет к расширению их разведки и добычи на акваториях морей и океанов. Для этого сооружаются крупные, в то же время аварийно опасные объекты: буровые платформы, подводные газопроводы, портовые сооружения. Эти проекты требуют серьезного инженерно-геологического обоснования, и не последнюю роль в этом играет метод сейсмоакустического профилирования, который позволяет изучать геологический разрез на требуемую для этих целей глубину с достаточно высокой детальностью. Метод широко используется также при региональных геологических исследованиях и геокартировании.
Повышение эффективности сейсмоакустического профилирования означает увеличение глубинности и разрешающей способности исследований, получение дополнительной информации по физико-механическим свойствам и литологии отложений, достоверного выделения зон повышенной опасности, таких как газонасыщенные отложения, грунты низкой несущей способности и т.д. Однако довольно долгое время первоначальная технология работ - одноканальная система наблюдений с получением временного разреза непосредственно в процессе профилирования - оставалась неизменной, что тормозило дальнейшее развитие метода.
Успехи электроники и цифровой техники обеспечили возможность цифровой регистрации и обработки данных сейсмоакустического профилирования. Это повысило качество и надежность получаемой информации, создало условия для реализации более сложных систем наблюдений.
Так как цифровая обработка и многоканальные наблюдения в сейсморазведке начали применяться гораздо раньше, чем в сейсмоакустическом профилировании, то казалось, что эти технологии могут быть перенесены и на сейсмоакустическое профилирование. Однако практика показала, что механический перенос способов цифровой обработки данных, разработанных для сейсморазведки, и переход к многоканальным наблюдениям, в сейсмоакустическом профилировании очень часто не дают желаемого эффекта. Причины неудач могли быть как в специфике технологии сейсмоакустического профилирования, так и в особенностях строения изучаемой этим методом верхней части разреза. Поэтому потребовались теоретические и экспериментальные исследования с целью установления границ применимости традиционных способов цифровой обработки к сейсмоакустическим данным, их усовершенствования и разработки новых способов. Необходим был также анализ и расчет систем многоканальных сейсмоакустических наблюдений и оценка их реальных возможностей.
Целью работы является теоретическое обоснование, разработка и совершенствование технических средств, технологии полевых исследований и способов обработки данных сейсмоакустического профилирования на акваториях, направленные на повышение разрешающей способности и глубинности исследований, надежности и качества получаемых данных.
Задачи исследований
1. Разработка и совершенствование компьютеризованных цифровых регистрирующих комплексов для качественной записи данных сейсмоакустического профилирования в широком частотном и динамическом диапазонах, обеспечивающих реализацию как одноканальных, так и многоканальных систем наблюдений, а также одновременную работу с источиками разных типов.
2. Теоретическое обоснование и практическая реализация новых методических приемов наблюдений при сейсмоакустических исследованиях на акваториях, повышающих информативность и надежность получаемых данных.
3. Разработка алгоритмов и программ для обработки сейсмоакустических данных с целью повышения разрешающей способности и глубинности исследований, для повышения информативности исследований путем использования кинематических и динамических параметров сигнала.
4. Внедрение разработанных технических средств, методических приемов и способов обработки в практику научно-исследовательских и производственных работ при решении инженерно-геологических, региональных и других задач.
Научная новизна
1. На основании теоретических и экспериментальных исследований, а также обобщения опубликованной информации, сформулированы требования к компьютеризованным аппаратурным комплексам для одноканального и многоканального сейсмоакустического профилирования.
2. Созданы технические средства и программное обеспечение для одноканального и многоканального сейсмоакустического профилирования на акваториях с одновременным использованием двух типов источников - спаркера и пьезоэлектрической антенны или спаркера и бумера.
3. Впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования многоканальных систем наблюдений для сейсмоакустического профилирования на мелководье с использованием различных типов источников, проанализированы возможности и ограничения таких систем для подавления основных типов помех и определения скорости волн в среде.
4. Исследованы возможности ряда известных способов цифровой обработки применительно к сейсмоакустическим данным, разработаны новые оригинальные способы обработки, повышающие эффективность исследований при проведении работ в сложных сейсмогеологических и погодных условиях.
5. Разработана технология оценки литологических и физико-механических характеристик отложений с использованием кинематических и динамических параметров сейсмоакустических записей, выявлены наиболее информативные для этих целей параметры.
6. Доказана на практических примерах эффективность разработанной технологии проведения полевых работ и обработки данных сейсмоакустического профилирования для повышения разрешающей способности и глубинности исследований, для оценки физико-механических характеристик отложений, литологии, газонасыщенности.
Основные защищаемые положения
1. Компьютеризованные регистрирующие системы для одноканального и многоканального сейсмоакустического профилирования, в том числе с одновременным использованием двух типов источников, существенно повышают эффективность исследований на акваториях, сокращают время и стоймость работ.
2. Технология многоканальных наблюдений увеличивает глубинность сейсмоакустического профилирования на мелководных акваториях и повышает точность построения разрезов, позволяет определять сейсмические скорости и оценивать физико-механические характеристики отложений.
3. Способ обработки данных, позволяющий избавиться от специфических помех, возникающих при сейсмоакустическом профилировании в условиях волнения моря, обеспечивает получение высококачественных временных разрезов даже при неблагоприятных погодных условиях.
4. Усовершенствованный способ подавления многократных волн по Бакусу позволяет повысить степень подавления многократных волн и устойчивость работы процедуры в применении к сейсмоакустическим материалам, полученным на мелководье.
5. Технология обработки с комплексным использованием кинематических и динамических параметров сейсмоакустических данных позволяет оценивать литологические и физико-механические характеристики, газонасыщенность отложений.
Практическая значимость
1. Разработанные и изготовленные под руководством и при непосредственном участии автора компьютеризованные аппаратурные комплексы для одноканального и многоканального сейсмоакустического профилирования используются в ряде научно-исследовательских и производственных организаций в нашей стране (ИО РАН, ВСЕГЕИ, МГУ, ТОИ ДВО РАН, ГЕОХИ РАН) и за рубежом (Ханойский океанографический институт, Геофизическая экспедиция Министерства природных ресурсов - Вьетнам, Стамбульский университет - Турция, Фундаментпроект - Украина).
2. Способы обработки данных реализованы в программных комплексах для обработки сейсмоакустических данных, которые используются в перечисленных выше организациях.
3. Расчетные соотношения и результаты анализа систем наблюдений для многоканального сейсмоакустического профилирования позволяют заранее оценивать их эффективность для решения тех или иных задач, правильно выбирать параметры таких систем и способы обработки данных.
4. Разработанные аппаратурные комплексы, технологии и системы обработки сейсмоакустических данных опробованы при решении задач региональной геологии, геокартирования, инженерно-геологических изысканий на акваториях с различными сейсмогеологическими условиями, и показали высокую эффективность.
5. Автор постоянно внедряет свои теоретические и прикладные разработки в учебный процесс - он участник и руководитель учебных практик по морской сейсморазведке и сейсмоакустике на геологическом факультете МГУ, в том числе международных практик "Training Through Research" под эгидой ЮНЕСКО, им подготовлены учебные пособия и программы учебных курсов, читаемых на геологическом факультете МГУ, в университете <Дубна>, в Высшей Школе Инновационного Бизнеса МГУ.
Личный вклад автора. Работа является обобщением исследований, выполнявшихся начиная с 70-х годов прошлого века на кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ, а в отдельные годы - также при участии ИО РАН, ГИН РАН, ВСЕГЕИ, учебно-научного центра ЮНЕСКО при МГУ, географического факультета МГУ.
Все результаты получены автором лично, либо под его руководством и при непосредственном участии во всех этапах проектирования и проведения исследований, обработки и интерпретации результатов.
Разработка, изготовление и внедрение компьютеризованных комплексов для одноканального и многоканального сейсмоакустического профилирования осуществлялось совместно с А.С. Зверевым, разработка технологии многоканального сейсмоакустического профилирования и методов обработки данных - совместно с Н.А. Кузубом и М.Ю. Токаревым.
Полевые испытания разработанных аппаратурных комплексов и технологии работ проводились при поддержке и непосредственном участии Л.Р.Мерклина и О.В. Левченко (ИО РАН), М.А. Спиридонова и Ю.П. Кропачева (ВСЕГЕИ), М.К. Иванова (Центр ЮНЕСКО по морской геологии и геофизике при МГУ), Л.В. Поляка (Центр полярных исследования Университета штата Огайо, США), М.Л. Владова (кафедра сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ), руководства и сотрудников компании ДЕКО проект.
Апробация и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались на ведомственных, всероссийских и международных конференциях: UNESCO-IOC-ESF 4-th Post Cruise Meeting "Sedimentary Basins of the Mediterranean and Black Seas" (Moscow,1996), International Earth Sciences Colloquium of the Aegean regions (IESCA-95, Izmir, 1996), 11-th Petroleum Congress and Exibition of Turkey (Ankara, 1996), Congress "Gas and Fluids in Marine Sediments" (Amsterdam, 1997), Congress "Carbonate Mud Mounds and Cold Water Reefs" (Gent, Belgium, 1998), Third Workshop on Land Ocean Interactions in the Russian Arctic (LOIRA) (Moscow, 2000), 3rd Balkan Geological Congress and Exibition (Sofia, Bulgaria, 2002), Ломоносовских чтениях. Секция геологии. (Москва 2003, 2005), Международной геофизической конференции <Москва 2003>, VII Международной научно-практической конференции <Геомодель-2005> (Геленджик, 2005), Международной конференции <Инженерная геофизика-2006> (Геленджик, 2006), Международной конференции <Санкт-Петербург-2006>, IV Всероссийском литологическом совещании <ОСАДОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ: седиментогенез, литогенез, рудогенез (эволюция, типизация, диагностика, моделирование)> ( Москва, 2006), Международной конференции <Нефть и газ Арктического шельфа-2006> (Мурманск, 2006), Международной научно-практической конференции <Инженерная и рудная геофизика-2007> (Геленджик, 2007), Конференции по инженерной геологии (Москва, 2007), Международной конференции <Санкт-Петербург-2008>, Международной научно-практической конференции <Инженерная и рудная геофизика-2008> (Геленджик, 2008),
По результатам выполненных исследований автором опубликовано более 70 работ в виде статей и тезисов докладов, в том числе 25 статей в рецензируемых журналах. Прилагаемый в конце автореферата список основных трудов по теме диссертации содержит 50 наименований.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, а также списка литературы из __ наименований. Работа содержит __ страниц, в том числе __ рисунка.
Благодарности. Проведение исследований, сопряженных с аппаратурными разработками и полевыми экспедициями, не было возможно без поддержки и непосредственного участия многих людей.
Автор благодарен М.К. Иванову (Центр ЮНЕСКО по морской геологии и геофизике), Л.Р. Мерклину и О.В. Левченко (ИО РАН), М.А. Спиридонову и Ю.П. Кропачеву (ВСЕГЕИ), А.Б. Матвеенко и К.Г. Пухаеву (ДЕКО проект), Л. В. Поляку (Университет штата Огайо), оказавшим существенную поддержку в проведении исследований.
Автор искренне благодарен А.С. Звереву, без конструкторского таланта которого аппаратурные разработки не могли быть реализованы.
Автор благодарен В.В. Калинину, В.К. Хмелевскому, В.А. Богословскому, Е.А. Ефимовой, за ценные советы, внимание и поддержку при подготовке работы.
Автор глубо признателен своим коллегам из кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ: М.Л. Владову, А.В. Старовойтову, В.А. Стручкову, М.Ю. Токареву, Н.В. Шалаевой, а также Н.А. Девдариани и В.Н. Ефремову за многолетнее плодотворное сотрудничество.
|
