Гайнанов Валерий Гарифьянович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
|
содержание |
В этой главе дан анализ истории развития и современного состояния метода сейсмоакустического профилирования на акваториях, обоснованы цели и задачи диссертационной работы.
В первом параграфе вкратце изложена история развития метода, который появился в конце 50-х годов XX века. Специалистами Ламонтской геологической обсерватории (Колумбийский университет, США) и Массачусетсткого технологического института (США) для проведения морских сейсмических исследований было предложено использовать новую комбинацию технических средств - факсимильный регистратор эхолотного типа, источник многократного действия электроискрового (спаркер) или газовзрывного типа и буксируемую пъезосейсмографную косу [Beckmann et al.,1959, Ewing et al., 1961, McGuinness et al., 1962, Edgerton, 1963, Edgerton et al., 1964]. Это сочетание оказалось чрезвычайно удачным, и метод начал быстро развиваться в мире, в том числе и в России [Калинин и др., 1966 - 1983].
Теперь уже очевидно, что первоначально предложенная комбинация - электроискровой источник и буксируемая пъезосейсмографная коса - оказалась наиболее оптимальной для такого рода исследований. Ведь первоначально многие разработчики и исследователи сосредоточили свои усилия на совершенствовании традиционного эхолота для применения в геологических целях [Clay et al., 1962, 1964, Nawar, 1964, Дубров, 1967], где для возбуждения и приема упругих колебаний в воде используется гидроакустическая антенна - пъезоэлектрический или магнитострикционный излучатель-приемник, возбуждается многофазный узкополосный сигнал. Это направление также получило развитие - сейчас существуют акустические профилографы самого разного принципа действия [www.geoacoustics.co.uk, www.benthos.com, www.innomar.com], однако из-за высокой частоты колебаний (5-10 кГц) они пригодны в основном для исследования лишь рыхлых осадков, глубинность исследований редко превышает первые метры.
Изначально сейсмоакустическое профилирование развивалось как одноканальный метод как по причине заимствования регистрирующих систем от эхолотов, так и простоты и мобильности аппаратуры и технологии работ. Да в те годы из-за неразвитости еще технологии воспроизводимой записи и обработки данных и не было необходимости в многоканальных наблюдениях.
Несмотря на многочисленные попытки усоврешенствования источников упругих волн и приемных систем для сейсмоакустического профилирования, они конструктивно до настоящего времени практически не изменились. Решающие изменения произошли в регистрирующих системах - прогресс в области цифровой техники сделал возможным регистрацию сейсмоакустических данных практически в любом частотном и динамическом диапазонах без предварительного сжатия. Это внесло кардинальные изменения в конструкции регистрирующих систем в целом - теперь в них отсутствуют специализированные дорогостоящие аппаратные средства, практически нет механических узлов, наиболее подверженных поломкам. Основная часть регистратора теперь - персональный компьютер, куда вводятся оцифрованные данные и регистрируются на штатных носителях информации, а для контроля визуализируются на экране компьютера. Переход к полностью цифровой регистрации данных и увеличение производительности персональных компьютеров позволили по-новому подойти и к цифровой обработке сейсмоакустических данных - если раньше цифровой обработке подвергались лишь отдельные части данных, то сейчас возможна достаточно глубокая цифровая обработка всех данных.
Прогресс в развитии регистрирующих и обрабатывающих систем создал условия для реализации более сложных систем наблюдений при сейсмоакустических исследованиях на акваториях - теперь можно проводить непрерывное многоканальное сейсмоакустическое профилирование [Гайнанов и др., 2006-2008], а также одновременные наблюдения с использованием источников и приемных систем, работающих в разных частотных диапазонах [Безродных и др. 2002, Гайнанов и др. 2008,].
В заключение этого обзора хочу назвать имена исследователей - сотрудников лаборатории сейсмоакустики геологического факультета МГУ, внесших ощутимый вклад в развитие сейсмоакустического профилирования на акваториях, и которые также явились моими учителями: Ш.А. Азими, А.В. Калинин, В.В. Калинин, Б.Л. Пивоваров, И.Я. Ковальская, М.Х. Фаталиев.
Во втором параграфе дан краткий обзор современных технических средств для сейсмоакустического профилирования - источников возбуждения упругих волн и приемно-регистрирующих систем.
Довольно долгое время научно-исследовательские и производственные организации нашей страны для сейсмоакустического профилирования использовали аппаратурный комплекс <Аквамарин>, разработанный еще в советское время. Хотя регистрирующая часть комплекса давно уже морально устарела и не используется, высоковольтные источники <СКАТ> с накапливаемой энергией 10 кДж еще недавно можно было встретить в таких организациях, как ИО РАН и МАГЭ [Казанин и др., 2002].
Из современных систем известен многоканальный геофизический комплекс серии САК (АО "Моринжгеология", г. Рига), позволяющий осуществлять сейсмоакустическое профилирование одновременно по двум разночастотным каналам [Безродных и др., 2002]. В институте <Океангеология> и НПО <Севморгео> есть своя аппаратура для сейсмоакустического профилирования. В ООО <ДЕКО проект> разработаны компактный и мощный (1 кДж) электроискровой источник и 16-канальная регистрирующая система.
Производственные организации, проводящие инженерно-геофизические работы, часто по требованию заказчика должны использовать аппаратуру известных зарубежных компаний, которые для сейсмоакустического профилирования на акваториях предлагают:
1. Компания GeoAcoustics Ltd (UK) [www.geoacoustics.co.uk] имеет GeoPulse Boomer/Sparker, в состав которого входят: высоковольтный источник GeoPulse 5420S с выходным напряжением 3750 В и энергией 105-455 Дж, бумер на катамаране или многоэлектродный спаркер, гидрофон, усилитель и регистратор GeoPulse Sonar Processing system.
2. Applied Acoustic Engineering Ltd (UK) [www.appliedacoustics.com] предлагает широкую линейку высоковольтных источников от 50 Дж до 6000 Дж, для питания бумеров (AA200, AA300 Boomer Plates) и спаркеров разной мощности (Squid 500 Sparker, Squid 2000 Sparker, 6000J Delta Sparker). Выходное напряжение 2500-4000 В.
3. Оригинальные электроискровые источники для очень высоко разрешающих исследований предлагает Geo-Resources Consulting B.V. (The Netherlands) [www.geo-resources.com]. Например: Geo-Spark 1000DT (1000 Дж, Deep Towed), как утверждают авторы, может обеспечивать разрешающую способность не хуже 10 см по вертикали. Компания изготовляет приемные косы до 48 каналов, одноканальные и многоканальные регистрирующие системы для высокоразрешающих наблюдений.
Западные компании изготовляют высоковольтные накопители электрической энергии теперь только с полупроводниковыми выключателями, применяют комбинированные системы безопасности, излучатели изготовляют из специальных сплавов. Это сильно повышает стоимость аппаратуры - по сравнению с зарубежными аналогами отечественные системы, имея сопоставимые функциональные возможности, стоят в несколько раз дешевле.
В конце 1990-х - начале 2000-х годов при активном участии автора в компании разработаны компьютеризованные сейсмоакустические комплексы для различных видов сейсмоакустического профилирования на акваториях и скважинных сейсмоакустических работ [Гайнанов и Зверев, 2008], которые используются в ряде научно-исследовательских организаций у нас в стране (ИО РАН, ВСЕГЕИ, МГУ, ТОИ ДВО РАН, ГЕОХИ РАН) и за рубежом (Вьетнам, Турция, Украина). Принципы построения этих комплексов изложены в главе 2.
В третьем параграфе дан краткий обзор программных средств, применяемых для обработки данных сейсмоакустического профилирования, которые разделены на 2 группы:
1. Программные комплексы, предназначенные для обработки данных сейсморазведки МОВ-ОГТ типа ProMax, GeoFocus, RadExPro [RadExPro Plus 3.6., 2005]. Это - мощные системы, рассчитанные на обработку больших массивов данных многоканальной сейсморазведки, содержащие в себе практически все мыслимые процедуры обработки сейсмических данных. В принципе, они в состоянии обеспечить обработку сейсмоакустических данных по любым современным алгоритмам. Однако именно их достоинства превращаются в недостатки: они громоздки, очень часто только специалист высокой квалификации в состоянии разобраться в тонкостях реализации тех или иных процедур, наконец, по стоимости они недоступны для научно-исследовательских или инженерно-геологических организаций, которые в основном и используют сейсмоакустическое профилирование. Исключение - программа RadExPro, которая более приспособлена для таких работ, и по стоимости вполне доступна, хотя и у нее есть некоторые недостатки.
2. За рубежом распространены специальные программы для обработки данных сейсмоакустического профилирования и акустических профилографов, например, Coda Octopus [Octopus 361 Seismic Processing Toolkit], DrGeo [www.activesoft.net.au], SES "ISE 2.9" [www.innomar.com]. Эти программы компактны, просты в использовании и стоят недорого. Однако в них предусмотрена лишь достаточно простая обработка данных, как полосовая частотная фильтрация, регулировка амплитуд и т.п. В некоторых программах предусмотрена ручная пикировка горизонтов в целях интерпретации.
Опробование нами этих программ показало, что отнюдь не все идеи по обработке сейсмоакустических данных в их рамках могут быть реализованы. Поэтому автором создана своя система обработки данных сейсмоакустического профилирования [Гайнанов, 2008], которая обладает рядом достоинств. Принципы построения этой системы обработки рассматриваются в главе 3.
В четвертом параграфе рассматриваются достижения и проблемы внедрения цифровой технологии в сейсмоакустическое профилирование.
Хотя современная сейсморазведка немыслима без цифровой обработки данных, в сейсмоакустическом профилировании, несмотря на наличие цифровой записи данных, отдача от цифровой обработки не такая заметная, да и не всегда она применяется. Часто применение к сейсмоакустическим данным способов цифровой обработки, разработанных для сейсморазведки, не дает желаемого эффекта. Чтобы определить причины такого отставания и найти пути повышения эффективности цифровой обработки сейсмоакустических данных, нужно сделать:
1. Оценить параметры регистрируемой при сейсмоакустическом профилировании информации, допустимые искажения при записи, и выработать требования к неискаженной регистрации данных.
2. Проанализировать как принципиальные, так и реальные возможности известных способов обработки с учетом специфических особенностей сейсмоакустического профилирования, а при необходимости разработать новые способы обработки таких данных.
3. Оценить возможности многоканальных и двухчастотных сейсмоакустических наблюдений для повышения разрешающей способности и глубинности исследований, для определения литологии и физико-механических свойств отложений.
Автор постоянно участвовал в решении указанных проблем, разрабатывая и совершенствуя цифровую регистрирующую аппаратуру для сейсмоакустического профилирования, создавая программное обеспечение для регистрирующих систем и обработки данных, проводя испытания и внедрение этих систем. Наиболее значимые достигнутые результаты представлены в последующих главах данной работы.
|
