Система подводных исследований подземного пространства и способ подводных исследований подземного пространства - RU2610384C1
Код документа: RU2610384C1
Чертежи
Описание
Область техники
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0001] Настоящее изобретение относится к системе исследований подземного пространствапод водой и способу исследований подземного пространствапод водой, и в частности к системе исследований подземного пространствапод водой и способу исследований подземного пространствапод водой с применением сейсморазведки методом отраженных волн.
Уровень техники
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0002] Континентальный шельф и глубоководное морское дно богаты запасами сырья (например, нефтью, природным газом, гидратом метана, полиметаллическими конкрециями, марганцевой коркой и подводными геотермальными залежами), и потребность в разработке морских запасов увеличивается вследствие резкого роста в последнее время стоимости запасов. Континентальные запасы природного сырья распределены неравномерно по конкретным областям, и люди вынуждены полагаться на импорт при незначительных объемах местной добычи; поэтому существует немало геополитических рисков. В Японии, окруженной морями, для стабильного снабжения ресурсами основное внимание уделяют океанским областям, как новому фронту разработки запасов сырья.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0003] В качестве технологии разведки морских запасов предлагается технология сейсморазведки методом отраженных волн (см., например, патентный документ 1 и не патентный документ 1).
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0004] В патентном документе 1 описано следующее: "генерирование колебаний (акустические волны) вблизи поверхность моря, в море, или на морском дне с применением источника колебаний (волнового генератора), например, пневматического источника колебаний, который выбрасывает сжатый воздух в воду, пьезоэлектрического элемента и супер магнитострикционного сплава; прием акустических волн, отраженных и возвращенных от поверхностей морского дна, граничных поверхностей слоев под морским дном или т.п. на гидрофоны (приемники), расположенные с интервалами на кабеле, называемом морской буксируемой косой; и выполнение исследований на граничных поверхностях слоев, имеющих отличающиеся физические свойства, который выявлены в записях приема, то есть записях сейсмических исследований под морским дном для анализа геологических структур".
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0005] Не патентный документ 1 описывает, что S-волны (поперечные волны) имеют признаки, на которые слабо действуют текучие среды в поровых пространствах в сравнении с P-волнами (продольные волны), и разделяются после прохождения слоя, где растут трещины, и т.д.; и S-волны обеспечивают выделение структур нефтяных и газовых коллекторов и свойств коллекторов, которые трудно выделить, применяя только сейсмическую разведку по отражению P-волн; поэтому сейсмическая разведка по отражению S-волн находится в центре внимания.
Документы существующего уровня техники
Патентный документ
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0006] Патентный документ 1: выложенная публикация Japanese Patent Application, Laid-Open Publication № 2008-14830
Непатентный документ
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0007] Не патентный документ 1: Shinichi Matsuzawa, "Reservoir Analysis Technology Using S-waves", Oil & Natural Gas Review, Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), Vol.41, № 5, September, 2007, p.91-103.
Сущность изобретения
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0008] Как описано в не патентном документе 1, существует проблема в том, что S-волна (поперечная волна) не распространяются в море, и таким образом отсутствует эффективная S-волна, как сейсмический источник на морских площадях. Для решения данной проблемы не патентный документ 1 описывает применение P-S преобразованной волны, где P-волна (продольная волна), распространяющаяся в воде, преобразуется в S-волну (поперечную волну) на морском дне.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0009] К сожалению, для получения адекватных P-S преобразованных волн, требуемых для анализа, из P-волн, генерируемых сейсмическим источником, например, одиночным пневматическим источником колебаний в воде, не только требуется чрезвычайно высокое звуковое давление, но также свойства морского донного грунта становятся серьезным сдерживающим фактором. Как следствие, возникают проблемы воздействия на морские организмы, например, на морских млекопитающих, а также трудности управления генерированием S-волн (поперечных волн), что мешает стабильным исследованиям.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0010] Задачей настоящего изобретения, решающего проблемы известной техники, является создание системы исследований подземного пространствапод водой и способ исследований подземного пространствапод водой с функциональными возможностями регулировать генерирование поперечных волн и выполнять стабильные исследования.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0011] Согласно настоящему изобретению, создана система исследований подземного пространствапод водой с применением сейсморазведки методом отраженных волн, система исследований подземного пространствапод водой включает в себя многочисленные источники звука для генерирования акустических волн в воде; контроллер для регулирования фаз акустических волн; сейсмоприемник для приема отраженных акустических волн; и оборудование исследований с источниками звука, при этом контроллер регулирует высотные отметки в воде или фазы источников звука так, что акустические волны, генерируемые соответствующими источниками звука, имеют разность фаз на поверхности дна водоема, при этом регулируется генерирование поперечных волн для распространения в грунте.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0012] Контроллер может регулировать высотные отметки в воде источников звука для отклонения их друг от друга на половину длины генерируемой акустической волны или может регулировать разность фаз источников звука для получения разности в половину цикла. Кроме того, источники звука можно буксировать с помощью оборудования исследований. Кроме того, сейсмоприемник может являться сейсмоприемником буксируемого типа или сейсмоприемником, устанавливаемым на дне водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0013] Согласно настоящему изобретению, создан способ исследований подземного пространствапод водой с применением сейсморазведки методом отраженных волн, причем способ исследований подземного пространствапод водой включает в себя: этап регулирования, на котором регулируют высотные отметки в воде или фазы источников звука так, что акустические волны, генерируемые соответствующими источниками звука имеют разность фаз на поверхности дна водоема; этап генерирования, на котором генерируют акустические волны в воде от источников звука; этап распространения поперечных волн, на котором генерируют поперечные волны с помощью акустических волн на поверхности дна водоема для обеспечения распространения поперечных волн в грунте; этап приема, на котором принимают отраженные волны поперечных волн; и этап анализа, на котором анализируют геологические структуры, используя данные, принятые на отраженных волнах.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0014] Этап регулирования может включать в себя этап регулирования высотных отметок источников звука в воде для отклонения их друг от друга на половину длины генерируемой акустической волны, или этап регулирования разности фаз источников звука для получения разности в половину цикла. Кроме того, этап генерирования может включать в себя генерирование акустических волн на водной поверхности или в воде при буксировке источников звука. Кроме того, этап приема может включать в себя этап приема продольных волн, генерируемых из отраженных волн на поверхности дна водоема и распространяющихся в воде, или этап приема отраженных волн на поверхности дна водоема, на котором отраженные волны остаются поперечными волнами.
Преимущества изобретения
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0015] Согласно упомянутым выше системе исследований подземного пространствапод водой и способу исследований подземного пространствапод водой, создают разность фаз акустических волн, генерируемых многочисленными источниками звука, при этом принудительно генерируют поперечные волны, распространяющиеся от поверхности дна водоема в грунт. Таким образом, согласно настоящему изобретению, возможно управление генерированием поперечных волн, обеспечивающее стабильные исследования под водой.
Краткое описание чертежей
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0016]
На Фиг. 1 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время генерирования волн.
На Фиг. 2 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время приема волн.
На Фиг. 3 показана концептуальная схема способа исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время генерирования волн.
На Фиг. 4 показана концептуальная схема способа исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время приема волн.
На Фиг. 5 показана схема состояния, в котором генерируют поперечные волны на поверхности дна водоема для случая противоположных фаз.
На Фиг. 6 показана схема состояния, в котором генерируют поперечные волны на поверхности дна водоема, для случая координированных фаз.
На Фиг. 7 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема для поперечных волн с противоположными фазами.
На Фиг. 8 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема для поперечных волн с координированными фазами.
На Фиг. 9 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема для продольных волн с противоположными фазами.
На Фиг. 10 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема для продольных волн с противоположными фазами.
На Фиг. 11 показана схема связи расстояния между источниками звука с генерированием поперечных волн, где источники звука, разнесены на большое расстояние.
На Фиг. 12 показана схема связи расстояния между источниками звука с генерированием поперечных волн, где источники звука разнесены на небольшое расстояние.
На Фиг. 13 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой второго варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 14 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой третьего варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 15 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой четвертого варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 16 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой пятого варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 17 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой шестого варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 18 показана общая схема системы подземных исследований подземного пространствапод водой седьмого варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 19 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой восьмого варианта осуществления изобретения.
На Фиг. 20 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой девятого варианта осуществления изобретения.
Варианты осуществления изобретение
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0017] Ниже в данном документе, варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые Фиг. 1-20. На Фиг. 1 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время генерирования волн; и на Фиг. 2 показана общая схема системы исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время приема волн. На Фиг. 3 показана концептуальная схема способа исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время генерирования волн; и на Фиг. 4 показана концептуальная схема способа исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения во время приема волн.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0018] Система исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения является системой исследований подземного пространствапод водой с применением сейсморазведки методом отраженных волн, показанной на фиг. 1 и 2, и включает в себя многочисленные источники 1 звука для генерирования акустических волн в воде, контроллер 2 для регулирования фаз акустических волн, сейсмоприемник 3 для приема отраженных акустических волн и исследовательский корабль 4, оборудованный источниками 1 звука; здесь контроллер 2 регулирует фазы источников 1 звука так, что акустические волны, соответственно генерируемые источниками 1 звука, имеют разность фаз на поверхности В дна водоема, при этом регулируется генерирование поперечных волн (также называются "S-волнами" или "волнами сдвига") для распространения в грунте.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0019] Система исследований подземного пространствапод водой согласно представленному варианту осуществления, в общем, предназначена для разведки морских запасов, но система не ограничивается этим и может применяться на площадях любых водоемов, например на площадях рек, озер и болот. Конкретно, в настоящих вариантах осуществления, термин "подводный" является релевантным для любых площадей, содержащих воду, например океанских, речных, озерных площадей и площадей болот.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0020] Каждый источник 1 звука является низкочастотным генератором 11, например, применяющим гидравлический сервомеханизм. В качестве примера, подводный источник звука, описанный в выложенной публикации заявки Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 8-280089, может применяться, как низкочастотный генератор 11. Низкочастотный генератор 11 включает в себя по меньшей мере одну пару (т.e. два) источников 1 звука, и каждый источник 1 звука выполнен с возможностью генерирования акустических волн, отличающихся от другого, на требуемой частоте с помощью гидравлического регулирования колебаний вибрационной плиты. Соответствующие источники 1 звука выполнены с возможностью генерирования отличающихся от другого источника акустических волн, при этом генерируются акустические волны с отличающимися фазами.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0021] Акустические волны, генерируемые в воде источниками 1 звука, являются продольными волнами (также называются "P-волнами" или "волнами сжатия"). Источник 1 звука не ограничен упомянутым выше низкочастотным генератором 11 с гидравлическим сервомеханизмом, и источник звука любого другого типа, например, источник звука, приводимый в действие пьезоэлектрическим элементом, можно использовать, если источник звука может регулировать фазу генерируемых звуковых волн.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0022] Контроллер 2 выполнен с возможностью индивидуально регулировать фазу акустических волн, генерируемых каждым источником 1 звука. Контроллер 2 можно устанавливать на исследовательском корабле 4 или в низкочастотном генераторе 11. Контроллер 2 также имеет функцию регулирования частоты акустических волн, генерируемых каждым источником 1 звука. Акустические волны, генерируемые в воде каждым источником 1 звука, предпочтительно имеют низкую частоту приблизительно 10-100 Гц, например, и, если применяется упомянутый выше низкочастотный генератор 11 с гидравлическим сервомеханизмом, возможно генерирование акустических волн до частоты приблизительно 200-300 Гц.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0023] Сейсмоприемник 3 можно выполнить в виде морской буксируемой косы (сейсмоприемник буксируемого типа), например, соединяя многочисленные гидрофоны с кабелем. Сейсмоприемник 3 может соединяться с низкочастотным генератором 11, как показано на чертежах, или может спускаться в воду с исследовательского корабля 4 с помощью подъемного устройства, иначе, чем на низкочастотном генераторе 11; или источники 1 звука может буксировать буксирный корабль, иной, чем исследовательский корабль 4. Как показано на чертежах, низкочастотный генератор 11 и сейсмоприемник 3 устанавливаются в воде в положении приблизительно на 100-500 м над поверхностью B морского дна, например, и соединяются с исследовательским кораблем 4 буксирным канатом 12.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0024] Исследовательский корабль 4 несет оборудование исследований для размещения источников 1 звука в воде. Исследовательский корабль 4 является, так называемым, буксирным судном, и при выполнении работ генерирует акустические волны в воде, буксируя низкочастотный генератор 11 и сейсмоприемник 3, как показано на фиг. 1; а также принимает отраженные волны, буксируя низкочастотный генератор 11 и сейсмоприемник 3, как показано на фиг. 2. Исследовательский корабль 4 включает в себя буксирный канат 12, соединенный с низкочастотным генератором 11 и сейсмоприемником 3, а также подъемное устройство 13, которое несет буксирный канат 12 и выполнено возможностью выбирать или вытравливать буксирный канат 12, например. Оборудование исследований, включающее в себя источниками 1 звука, не ограничено применением судна в виде исследовательского корабля 4, и можно применять любой носитель, например, исследовательский буй, плавучую платформу, буровую установку, полупогружную буровую установку, подводную лодку и подводное безмоторное плавсредство с функциональной возможностью размещения источников звука в воде на заданной подводной площади.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0025] Ниже в данном документе описан со ссылкой на Фиг. 1-4 способ исследований подземного пространствапод водой, согласно представленному варианту осуществления. Способ исследований подземного пространствапод водой, согласно представленному варианту осуществления является способом исследований подземного пространствапод водой с применением сейсмической разведки методом отраженных волн; и включает в себя этап регулирования, на котором регулируют фазы источников 1 звука, обеспечивающий генерирование акустических волн соответственно из многочисленные источников 1 звука с разностью фаз на поверхности В дна водоема, этап генерирования, на котором генерируют акустические волны (продольные волны) в воде из источников 1 звука, этап распространения поперечных волн, на котором генерируют поперечные волны из акустических волн (продольных волн) на поверхности В дна водоема для обеспечения распространения поперечных волн в грунт, этап приема, на котором принимают отраженные волны поперечных волн, и этап анализа, на котором анализируют геологические структуры с использованием данных, принятых на отраженных волнах.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0026] Этап регулирования является этапом, на котором индивидуально регулируют фазы каждого из многочисленных источников 1 звука с помощью контроллера 2, при этом генерируется разность фаз на поверхности В дна водоема. Конкретно, данный этап служит для регулирования разности фаз источников 1 звука для создания разности в половину цикла. В варианте установки разности фаз источников 1 звука в половину цикла пара источников звука генерирует акустические волны с противоположными фазами в воде. Разность фаз источников 1 звука не ограничена величиной в половину цикла, и может устанавливаться любой, в диапазоне от 0 до 1/2 цикла, например, при наличии разности фаз.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0027] Этап генерирования является этапом, на котором в воде генерируют акустические волны, имеющие отличающиеся фазы, по меньшей мере от одной пары (т.e. двух) источников 1 звука. На данном этапе, как показано на фиг.1, акустические волны можно генерировать в воде при буксировке источников 1 звука, или акустические волны можно генерировать от источников 1 звука соединенных с остановленным исследовательским кораблем 4 или с оборудованием, установленным в заданной подводной площади для выполнения исследований со статичной точки.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0028] Этап распространения поперечных волн является этапом, на котором генерируют поперечные волны на поверхности В дна водоема на основе акустических волн (продольных волн), генерируемых из источников 1 звука. Как показано на фиг. 3, если акустические волны, в которых применяется разность фаз (состояние, в котором применяется разность фаз, показано символами "+" и "-" на чертеже), генерируют в воде из пары источников 1 звука, продольные волны распространяются в воде. Две отличающихся продольных волны, достигшие поверхности B дна водоема, имеют разность фаз; поэтому имеется разность в плотности сжатия и разрежения в направлениях распространения акустических волн, когда обе акустические волны интерферируют друг с другом на поверхности B дна водоема, и, в частности, если одна является прогрессивной волной, а другая является регрессивной волной, их горизонтальные компоненты вдоль поверхности B дна водоема усиливаются, при этом становится возможным генерирование поперечных волн. В настоящем варианте осуществления обеспечивается регулирование акустических волн (продольных волн) генерируемых в воде из источников 1 звука, и управление кратностью увеличения поперечных волн, генерируемых на поверхности В дна водоема на любом уровне, в зависимости от состояний, например, длины, амплитуды (звукового давления) и разности фаз продольных волн, а также расстояния между источниками 1 звука. В настоящем варианте осуществления возможно управление генерированием поперечных волн, при этом уменьшается влияние свойств грунта на поверхности B дна водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0029] Как показано на фиг. 3, этап приема является этапом, на котором принимают отраженные волны поперечных волн, которые отражены от слоя или залежи D. Поперечные волны, генерируемые на этапе распространения поперечных волн, распространяются в грунте, и, если масса или слой жидкости или газов существует под грунтом, часть поперечных волн отражаются от него. При достижении поверхности B дна водоема отраженные поперечные волны генерируют продольные волны, и затем продольные волны, полученные из поперечных волн, распространяются в воде. Данные продольные волны, полученные из поперечных волн, принимаются сейсмоприемником 3.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0030] Если продольные волны распространяются в грунт, продольные волны, а также поперечные волны распространяются в грунт, то при достижении массы или слоя жидкости или газов продольные волны сильно аттенюируются; поэтому обычно трудно принимать отраженные волны из грунта.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0031] Этап анализа является этапом, на котором анализируют геологические структуры с применением принятых данных (время приема, распределение звукового давления, и т.д.) на отраженных волнах (продольных волнах, полученных из поперечных волн). Конкретно, геологические структуры анализируют, обрабатывая данные, принятые сейсмоприемником 3 с помощью компьютера (не показано), в котором установлены анализирующие программы.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0032] Сейсмоприемник 3 главным образом принимает отраженные волны продольных волн, генерируемых источниками 1 звука, которые отражаются на поверхности B дна водоема, и слое или залежи D под поверхностью B дна водоема, а также принимает упомянутые выше отраженные волны поперечных волн; можно различить среди принимаемых волн отраженные волны, полученные из продольных волн, и отраженные волны, полученные из поперечных волн в зависимости от времени приема и величины звукового давления; и используя продольные волны, полученные из поперечных волн, можно анализировать геологические структуры, которые невозможно прояснить, применяя существующую технику.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0033] В настоящем вариант осуществления возможен даже прием отраженных от поверхности B дна водоема и твердых залежей волны, созданные продольными волнами; поэтому также возможен анализ поверхности B дна водоема и структур под грунтом с использованием принятых данных на отраженных волнах, полученных из продольных волн. В частности, можно выполнять более подробную и точную разведку запасов с помощью исследований на той же подводной площади, используя как принятые данные на отраженных волнах, полученных из поперечных волн, так и принятые данные на отраженных волнах, полученных из продольных волн.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0034] В данном документе результаты моделирования состояния, в котором генерируют поперечные волны, описаны ниже со ссылкой на Фиг. 5-10. На Фиг. 5 показана схема состояния, в котором генерируют поперечные волны на поверхности дна водоема в варианте с противоположными фазами. На Фиг. 6 показана схема состояния, в котором генерируют поперечные волны на поверхности дна водоема в варианте с координированными фазами. На Фиг. 7 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема, для поперечных волн с противоположными фазами. На Фиг. 8 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема, для поперечных волн с координированными фазами. На Фиг. 9 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема для продольных волн с противоположными фазами. На Фиг. 10 показан с увеличением вид состояния, в котором генерируют волны на поверхности дна водоема для продольных волн с противоположными фазами.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0035] На Фиг. 5-10 показаны результаты моделирования состояния, в котором распространяются акустические волны, через 0,36 секунд после генерирования акустических волн на частоте 200 Гц в воде двумя источниками звука (дипольные источники звука) размещенными в 500 м от поверхности дна водоема с расстоянием 26,4 м (эквивалентно 3,5 длины волны) между источниками звука. На фиг. 5 и 6 продольные волны также распространяются под грунтом, но только поперечные волны показаны на чертежах для удобства объяснения.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0036] На Фиг. 5 показан вариант, в котором акустические волны с противоположными фазами генерируются источниками 1 звука. Как показано на чертеже, продольные волны, распространяющиеся в воде, генерируют поперечные волны на поверхности В дна водоема, в результате получаются непрерывные поперечные волны, по существу, полукруглой формы, которые распространяются в грунте. Данное состояние можно более ясно видеть с увеличением на Фиг. 7. Из показанного с увеличением на Фиг. 7 понятно, что поперечные волны, генерируемые в грунте, продолжаются, по существу, полукруглой формы, и поперечные волны дополнительно генерируются на центральном участке поперечных волн в вертикальном направлении к поверхности B дна водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0037] В общем, в исследованиях подземного пространствапод водой с применением сейсмической разведки по методу отраженных волн, отраженные волны поперечных волн, наклонно распространяющиеся от поверхности B дна водоема в грунт, способны проходить в горизонтальном направлении вдоль поверхности B дна водоема; поэтому данные отраженные волны (т.e. сигналы волн сжатия, полученные из поперечных волн) трудно принять на сейсмоприемнике 3. Таким образом, в подводных геологических изысканиях с применением сейсмической разведки по методу отраженных волн важно генерировать поперечные волны, которые вертикально распространяются от поверхности B дна водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0038] Напротив, на Фиг. 6 показан случай, где акустические волны с координированными фазами генерируются источниками 1 звука. Как показано на чертеже, продольные волны, распространяющиеся в воде, генерируют поперечные волны на поверхности В дна водоема, и затем поперечные волны с разрывами, разделенные на своем центральном участке, распространяются под грунтом. Данное состояние можно более ясно видеть с увеличением на Фиг. 8. Из вида с увеличением Фиг. 8, понятно, что поперечные волны, генерируемые в грунте, являются разделенными разрывами на две части, каждая из которых имеет, по существу, форму четверти окружности, и поперечные волны не генерируются на центральном участке поперечных волн в вертикальном направление к поверхности B дна водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0039] Как описано выше, поскольку продольные волны также распространяются от поверхности дна водоема в грунт, данное состояние показано на фиг. 9 и 10. Волны, показанные на фиг. 9, являются продольными волнами с противоположными фазами, и волны, показанные на фиг. 10, являются продольными волнами с координированными фазами. Как показано на данных чертежах, явление преобразования, в поперечных волнах здесь возникает в продольных волнах, распространяющихся от поверхности B дна водоема в грунт, и продольные волны с противоположными фазами с прерыванием разделяются на две части, каждая из которых, по существу, имеет форму четверти окружности, но продольные волны с координированными фазами продолжаются, по существу, имея полукруглую форму.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0040] В общем, поскольку у продольных волн коэффициент рефракции меньше, чем у поперечных волн, возможен прием сейсмоприемником 3 даже отраженных продольных волн, которые наклонно распространяются от поверхности B дна водоема в грунт. Соответственно, даже продольные волны с волновой формой, показанной на фиг. 9, являются полезными для анализа геологических структур. Конкретно, в варианте генерирования акустических волн с отличающимися фазами из пары источников 1 звука, не только поперечные волны, генерируемые на поверхности В дна водоема, но также продольные волны, распространяющиеся под землей, можно применять для анализа геологических структур; при этом более точные или подробные результаты анализа можно получать, соединяя результаты обоих анализов.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0041] Согласно упомянутым выше системе и способу исследований подземного пространствапод водой, является возможным принудительное генерирование поперечных волн, которые распространяются от поверхности B дна водоема в грунт, придавая разность фаз акустическим волнам, генерируемым из многочисленных источников звука. Следовательно, согласно настоящему изобретению, возможно управление генерированием поперечных волн с помощью регулирования фаз, звукового давления или т.п. продольных волн, из которых генерируются поперечные волны, при этом выполняя стабильное исследования подземного пространствапод водой.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0042] На Фиг. 11 показана связь расстояния между источниками звука с генерированием поперечных волн, показано состояние значительно отнесенных друг от друга источников звука, и на Фиг. 12 показана связь расстояния между источниками звука с генерированием поперечных волн, показано состояние близко расположенных источников звука. На фиг. 11 и 12, пики акустических волн (продольных волн), генерируемых в воде из источников 1 звука, показаны сплошными линиями, и их провалы показаны пунктирными линиями. Отмечается, что поверхность дна водоема на фиг. 11 и 12 не показана для удобства объяснения.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0043] Как показано на фиг. 11, в варианте увеличения расстояния между источниками 1 звука, горизонтальные компоненты области, где акустические волны (продольные волны), распространяющиеся в воде интерферируют друг с другом, становятся больше в сравнении с показанным на Фиг. 12, результатом является увеличение амплитуды (или звукового давления) поперечных волн, генерируемых на поверхности дна водоема. Соответственно, является предпочтительным устанавливать расстояние между парой источников 1 звука насколько возможно большим.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0044] Для создания интерференции акустических волн друг с другом на поверхности дна водоема, как планируется для генерирования требуемых поперечных волн, является предпочтительной установка многочисленных источников 1 звука по возможности на одной высотной отметке в воде. Например, в варианте генерирования из пары источников 1 звука акустических волн частотой 100 Гц с разностью фаз в половину цикла (т.e. имеющих противоположные фазы), отклонение высотных отметок в воде пары источников 1 звука на половину длины волны (7,4 м) является эквивалентом варианта генерирования акустических волн координированных фаз; поэтому высотные отметки в воде источников 1 звука (низкочастотный генератор 11) следует регулировать так, что ошибка в высотной отметке в воде источников 1 звука становится меньше половины длины волны. Высоту каждого источника 1 звука можно легко контролировать с помощью гидравлического манометра.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0045] Ниже в данном документе описана система исследований подземного пространствапод водой согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 13–20. На Фиг. 13-20 показаны общие схемы системы исследований подземного пространствапод водой согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 13 показан второй вариант осуществления, на Фиг. 14 показан третий вариант осуществления, на Фиг. 15 показан четвертый вариант осуществления, на Фиг. 16 показан пятый вариант осуществления, на Фиг. 17 показан шестой вариант осуществления. На Фиг. 18 показан седьмой вариант осуществления, на Фиг. 19 показан восьмой вариант осуществления и на Фиг. 20 показан девятый вариант осуществления. Отмечается, что одинаковые ссылочные позиции присвоены элементам одинаковым с элементами упомянутой выше системы исследований подземного пространствапод водой согласно первому варианту осуществления, и повторное описание исключается.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0046] Система исследований подземного пространствапод водой согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 13, включает в себя многочисленные источники 1a, 1b звука, соответственно, установленные в отличающихся низкочастотных генераторах 11a, 11b. Применяя конфигурацию, где физически отделены друг от друга многочисленные источники 1a, 1b, можно сохранять увеличенное расстояние между источниками 1a, 1b звука. Низкочастотные генераторы 11a, 11b соединены с исследовательским кораблем 4 и буксируются им, например, с помощью соответствующих буксирных канатов 12a, 12b, и соответствующих подъемных устройств 13a, 13b. Во втором варианте осуществления конфигурация выполнена так, что высотные отметки в воде низкочастотных генераторов 11a, 11b поддерживаются, по существу, одинаковыми, и акустические волны с разностью фаз генерируются соответствующими источниками 1a, 1b звука, при этом генерируя поперечные волны на поверхности В дна водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0047] Хотя это не показано на чертеже, сейсмоприемник 3 можно соединять с задним концом низкочастотного генератора 11b, расположенного дальше от корабля, можно буксировать исследовательским кораблем 4 иначе, чем низкочастотные генераторы 11a, 11b, или можно буксировать другим буксирным судном, не исследовательским кораблем 4.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0048] Система исследований подземного пространствапод водой согласно третьему варианту осуществления, показанному на фиг. 14, включает в себя многочисленные источники 1a, 1b звука, соответственно установленные в отличающихся низкочастотных генераторах 11a, 11b, и низкочастотные генераторы 11a, 11b выполнены с возможностью иметь разность высотной отметки в воде между собой. В частности, является предпочтительным регулировать высотные отметки в воде низкочастотных генераторов 11a, 11b для получения их отклонения друг от друга на половину длины акустической волны, генерируемой источниками 1a, 1b звука. Отмечается, что разность высотной отметки в воде составляет без ограничения этим половину длины акустической волны, но может устанавливаться с любым значением в диапазоне от 0 до 1/2 длины волны.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0049] В третьем варианте осуществления разность фаз акустических волн на поверхности В дна водоема регулируется с помощью регулирования высотных отметок в воде источников 1a, 1b звука, и акустические волны, генерируемые источниками 1a, 1b звука, предпочтительно имеют координированные фазы. Высотные отметки в воде низкочастотных генераторов 11a, 11b регулируются с помощью гидравлического манометра (не показано) и контроллера 2. Естественно, разность фаз акустических волн на поверхности В дна водоема можно регулировать с помощью регулирования как высотных отметок в воде источников 1a, 1b звука, так и разности фаз акустических волн, генерируемых источниками 1a, 1b звука. Другие конфигурации являются одинаковыми с описанными выше для второго варианта осуществления, и поэтому их подробное описание здесь не приведено.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0050] Система исследований подземного пространствапод водой согласно четвертому варианту осуществления, показанному на фиг. 15, выполнена так, что многочисленные источники 1a, 1b звука, соответственно, установлены в отличающихся низкочастотных генераторах 11a, 11b, низкочастотные генераторы 11a, 11b, соответственно, соединены с отличающимися исследовательскими кораблями 4a, 4b, и исследовательские корабли 4a, 4b выставлены по одной линии в продольном направлении для буксировки соответственно низкочастотных генераторов 11a, 11b. В такой конфигурации возможно расположение источников 1a, 1b звука на любой высотной отметке в воде, при этом повышается удобство применения. В четвертом варианте осуществления разность фаз акустических волн на поверхности В дна водоема можно регулировать с помощью регулирования высотных отметок в воде источников 1a, 1b звука, или с помощью регулирования разности фаз акустических волн, генерируемых источниками 1a, 1b звука.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0051] Система исследований подземного пространствапод водой согласно пятому варианту осуществления, показанному на фиг. 16, выполнена так, что многочисленные источники 1a, 1b звука, соответственно, установлены в отличающихся низкочастотных генераторах 11a, 11b, низкочастотные генераторы 11a, 11b, соответственно, соединены с отличающимися исследовательскими кораблями 4a, 4b, и исследовательские корабли 4a, 4b выставлены по одной линии в поперечном направлении для буксировки соответственно низкочастотных генераторов 11a, 11b. В такой конфигурации возможно расположение источников 1a, 1b звука на любой высотной отметке в воде, при этом повышается удобство применения. В четвертом варианте осуществления разность фаз акустических волн на поверхности В дна водоема можно регулировать с помощью регулирования высотных отметок в воде источников 1a, 1b звука, или с помощью регулирования разности фаз акустических волн, генерируемых источниками 1a, 1b звука.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0052] В упомянутых выше четвертом и пятом вариантах осуществления другие конфигурации являются одинаковыми с описанным выше вторым вариантом осуществления, и поэтому их подробное описание здесь не приведено.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0053] Система исследований подземного пространствапод водой согласно шестому варианту осуществления, показанному на фиг. 17, выполнена с возможностью замены сейсмоприемника 3 в первом варианте осуществления сейсмоприемником, устанавливаемым на дне водоема. В варианте применения сейсмоприемника, устанавливаемого на дне водоема, как сейсмоприемник 3, данный сейсмоприемник 3 принимает на поверхности В дна водоема отраженные волны поперечных волн распространяющихся в глубине грунта, при этом данные отраженные волны остаются поперечными волнами. Например, донную сейсморазведочную косу, сейсмометр, установленный на дне океана, или т.п. можно применять как сейсмоприемник, устанавливаемый на дне водоема.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0054] Система исследований подземного пространствапод водой согласно седьмому варианту осуществления, показанному на фиг. 18 выполнена с возможностью установки низкочастотных генераторов 11 (источники 1 звука) шестого варианта осуществления на днище исследовательского корабля 4. С помощью данной конфигурации также можно перемещать источники 1 звука на любую подводную площадь. Сейсмоприемник 3 может являться сейсмоприемником, устанавливаемым на дне водоема или сейсмоприемником буксируемого типа.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0055] В системе исследований подземного пространствапод водой согласно восьмому варианту осуществления, показанному на фиг. 19, и в системе исследований подземного пространствапод водой согласно восьмому варианту осуществления, показанному на фиг. 20, оборудование исследований включает в себя самоходный подводный аппарат 41. В данных вариантах осуществления, подводный аппарат 41 способен идти на заданной высотной отметке в воде, и при этом подводный аппарат 41 предпочтительно оборудован низкочастотными генераторами 11 (источниками 1 звука). Сейсмоприемник 3 может являться сейсмоприемником буксируемого типа в восьмом варианте осуществления, как показано на фиг. 19, или сейсмоприемником, устанавливаемым на дне водоема в девятом варианте осуществления, как показано на фиг. 20.
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0056] Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления, и естественно различные модификации можно выполнять без отхода от сущности настоящего изобретения, при этом варианты осуществления с первого по девятый можно применять в комбинациях друг с другом, если необходимо.
Условные обозначения
SEQ 段落番号 \#"[0000]"\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT [0057]
1, 1a, 1b - источник звука
2 - контроллер
3 - сейсмоприемник
4, 4a, 4b - исследовательский корабль
11, 11a, 11b - низкочастотный генератор
12, 12a, 12b - буксирный канат
13, 13a, 13b - подъемное устройство
41 - подводный самоходный аппарат
Реферат
Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследований подземного пространства под водой с применением сейсморазведки методом отраженных волн. Система исследований подземного пространствапод водой с применением сейсморазведки методом отраженных волн включает в себя многочисленные источники 1 звука для генерирования акустических волн в воде, контроллер 2 для регулирования фаз акустических волн, сейсмоприемник 3 для приема отраженных акустических волн; и исследовательский корабль 4, оборудованный источниками 1 звука. При этом контроллер 2 регулирует фазы источников 1 звука так, что акустические волны, генерируемые соответствующими источниками 1 звука, имеют разность фаз на поверхности В дна водоема. Причем регулируется генерирование поперечных волн для распространения в грунте. Технический результат – повышение точности получаемых данных за счет обеспечения возможности регулирования генерирования поперченных волн. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 20 ил.
