RU2536837C1 - Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment - Google Patents
Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536837C1 RU2536837C1 RU2013130197/28A RU2013130197A RU2536837C1 RU 2536837 C1 RU2536837 C1 RU 2536837C1 RU 2013130197/28 A RU2013130197/28 A RU 2013130197/28A RU 2013130197 A RU2013130197 A RU 2013130197A RU 2536837 C1 RU2536837 C1 RU 2536837C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waves
- frequency
- low
- parametric
- signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к гидрофизике, геофизике и может быть использован в решении задач дальнего параметрического приема волн различной физической природы (акустических, электромагнитных, гидродинамических) в морской среде, формируемых естественными и искусственными источниками водной среды и морского дна (морскими объектами, гидродинамическими и сейсмическими процессами, а также углеводородными залежами) в диапазоне частот десятки-единицы-доли Герца.The method relates to hydrophysics, geophysics and can be used to solve the problems of long-range parametric reception of waves of various physical nature (acoustic, electromagnetic, hydrodynamic) in the marine environment formed by natural and artificial sources of the aquatic environment and the seabed (marine objects, hydrodynamic and seismic processes, as well as hydrocarbon deposits) in the frequency range of tens-units-fractions of Hertz.
В настоящее время проблема создания эффективного метода поиска месторождений нефти на морском шельфе приобретает во всем мире все большую остроту. Это связано с ограниченностью разведанных запасов нефти на суше, которых по оценкам специалистов должно хватить только на ближайшие 20-30 лет. В связи с этим вопрос разработки быстрого и высокоточного метода обнаружения залежей нефти и газа вблизи дна морского шельфа становится актуальным. При этом также актуальной и близкой по технической сущности является решение задачи эффективного (упреждающего) приема волн - предвестников сильных землетрясений.Currently, the problem of creating an effective method for the search for oil deposits on the sea shelf is becoming increasingly acute all over the world. This is due to the limited proven reserves of oil on land, which, according to experts, should be enough only for the next 20-30 years. In this regard, the question of developing a fast and high-precision method for detecting oil and gas deposits near the bottom of the sea shelf is becoming relevant. At the same time, it is also relevant and close in technical essence to solving the problem of effective (proactive) wave reception - the harbingers of strong earthquakes.
Известно, что наличие залежей нефти на шельфе обычно характеризуется просачиванием в придонные слои воды нефтяных углеводородов и газов. Наличие таких выделений наиболее характерно для залежей газа, тогда как нефтяные углеводороды вследствие низкой скорости их диффузии в морской воде характеризуются почти полным отсутствием растворимости в ней и быстрой нейтрализации, а за счет процессов химического и биохимического взаимодействия с компонентами морской воды, практически полностью локализованы вблизи мест просачивания нефти на поверхность морского дна и далее в морскую среду.It is known that the presence of oil deposits on the shelf is usually characterized by the infiltration of petroleum hydrocarbons and gases into the bottom layers of the water. The presence of such emissions is most characteristic of gas deposits, while petroleum hydrocarbons due to the low diffusion rate in sea water are characterized by an almost complete lack of solubility in it and rapid neutralization, and due to the processes of chemical and biochemical interaction with the components of sea water, they are almost completely localized near places oil infiltration to the surface of the seabed and further into the marine environment.
Известен способ параметрического приема волн различной физической природы в морской среде, включающий формирование в ней зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования упругих волн накачки с измеряемыми информационными (см. RU №2158029). Способ реализует закономерности нелинейной акустики, но не может быть использован в качестве прототипа заявляемого изобретения. Недостатками рассматриваемого технического решения, ограничивающими возможность его реализации при прямом мобильном поиске морских месторождений залежей углеводородов, является низкая чувствительность и помехоустойчивость приема волн, формируемых залежами, и, как следствие, ограниченная (сотни метров-единицы километров) дальность параметрического приема информационных сигналов различной физической природы в инфразвуковом и дробном (единицы-доли Герца) диапазонах частот. Эти недостатки обусловлены низким эффектом нелинейного преобразования взаимодействующих волн в рабочей зоне морской среды, а также наличием интенсивных помех среды в инфразвуковом и дробном диапазонах частот, соответствующих излучениям залежам углеводородов. Кроме того, при поиске залежей углеводородов к помехам среды добавляются интенсивные техногенные излучения, формируемые инженерными сооружениями обследуемой акватории. В результате этого не реализуется возможность дальнего параметрического приема геофизических волн, формируемых углеводородными залежами и предвестниками землетрясений в морском дне, а также возможность мобильного поиска и определения места их источников на акваториях морского шельфа.There is a method of parametric reception of waves of various physical nature in the marine environment, including the formation in it of a zone of nonlinear interaction and parametric transformation of elastic pump waves with measured information waves (see RU No. 2158029). The method implements the laws of nonlinear acoustics, but cannot be used as a prototype of the claimed invention. The disadvantages of the considered technical solution, limiting the possibility of its implementation in the direct mobile search for offshore hydrocarbon deposits, is the low sensitivity and noise immunity of the reception of waves generated by the deposits, and, as a result, the limited (hundreds of meters-units kilometers) range of the parametric reception of information signals of various physical nature in the infrasound and fractional (units-parts of Hertz) frequency ranges. These disadvantages are due to the low effect of nonlinear conversion of interacting waves in the working area of the marine environment, as well as the presence of intense environmental interference in the infrasound and fractional frequency ranges corresponding to the emissions of hydrocarbon deposits. In addition, when searching for hydrocarbon deposits, intense man-made radiation generated by the engineering structures of the surveyed water area is added to environmental noise. As a result of this, the possibility of far parametric reception of geophysical waves generated by hydrocarbon deposits and harbingers of earthquakes in the seabed is not realized, as well as the possibility of mobile search and determination of their sources in the waters of the sea shelf.
Указанные недостатки связаны с характеристиками нелинейности морской среды, что заключается в следующем. Известно, что основной вклад в эффективность преобразования высокочастотного сигнала в низкочастотные гармоники вносит так называемый нелинейный параметр воды Е, который, как правило, незначителен. Например, для дистиллированной воды Е=3,1 при температуре 0°С; 3,5 - при 20°С; 3,7 - при 40°С. Для морской воды при солености 35% в диапазоне температур 20-30°С величина Е равна 3,6. Экспериментальные работы, проведенные в открытом море, показали, что коэффициент нелинейности Е в широком диапазоне частот до глубин 300 м меняется незначительно и не превышает 4. Поэтому принципиально новых эффектов по сравнению с уже изученными в открытом океане на произвольных глубинах ожидать невозможно, необходимо применять другие решения, например закономерности нелинейной акустики.These disadvantages are associated with the characteristics of the nonlinearity of the marine environment, which is as follows. It is known that the so-called non-linear parameter of water E, which, as a rule, is insignificant, makes the main contribution to the efficiency of converting a high-frequency signal to low-frequency harmonics. For example, for distilled water, E = 3.1 at a temperature of 0 ° C; 3.5 - at 20 ° C; 3.7 - at 40 ° C. For sea water at a salinity of 35% in the temperature range of 20-30 ° C, the value of E is 3.6. Experimental work carried out in the open sea showed that the coefficient of nonlinearity E in a wide frequency range to depths of 300 m varies slightly and does not exceed 4. Therefore, it is impossible to expect fundamentally new effects compared to those already studied in the open ocean at arbitrary depths; solutions, for example, patterns of nonlinear acoustics.
Известен также способ параметрического приема гидрофизических и геофизических волн в морской среде, включающий прозвучивание среды низкочастотными гидроакустическими сигналами с формированием в ней двух пространственно разнесенных в точке приема просветных параметрических антенн как зон нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн, последующий двухканальный прием параметрически преобразованных просветных сигналов и их обработку с восстановлением по ним исходных характеристик измеряемых информационных волн (см. RU №2452041). Указанный способ реализует закономерности просветной гидролокации гидрофизических и геофизических полей в морской среде как параметрической с низкочастотной подсветкой (накачкой) контролируемой среды.There is also known a method for the parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in the marine environment, including sounding the medium with low-frequency hydroacoustic signals with the formation of two spatially spaced at the receiving point of the luminal parametric antennas as zones of nonlinear interaction and parametric transformation of the luminous and measured information waves, the subsequent two-channel reception of parametrically transformed luminal signals and their processing with restoration of their original hara characteristics of the measured information waves (see RU No. 2452041). The specified method implements the laws of translucent sonar hydrophysical and geophysical fields in the marine environment as a parametric with low-frequency illumination (pumping) of the controlled environment.
Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность при изучении донных массивов (выявления структуры донных отложений и поиска в них углеводородных залежей различного типа), а также зачастую невозможность надежного восприятия сейсмических возмущений среды - предвестников землетрясений.The disadvantage of this technical solution is the lack of efficiency in the study of bottom massifs (revealing the structure of bottom sediments and searching for hydrocarbon deposits of various types in them), as well as the often impossibility of reliable perception of seismic disturbances of the environment - precursors of earthquakes.
Технический результат - достижение дальнего помехоустойчивого обнаружения (приема) в морской среде и измерение пространственно-временной и спектральной структуры полей гидрофизических и геофизических волн, формируемых морскими объектами и донными углеводородными залежами, а также сейсмическими возмущениями среды предвестниками землетрясений в инфразвуковом и дробном диапазонах частот на протяженном морском шельфе (обеспечивается дальний помехоустойчивый прием формируемых информационных волн "малых амплитуд" в диапазоне частот десятки-единицы-доли Герца). А также обеспечивается снижение затрат времени и средств на обследование акватории с поисковыми целями, что реализуется прямым мобильным поиском их источников в параметрическом режиме просветной гидролокации.EFFECT: achievement of long-range noise-tolerant detection (reception) in the marine environment and measurement of the spatio-temporal and spectral structure of the fields of hydrophysical and geophysical waves generated by marine objects and bottom hydrocarbon deposits, as well as seismic disturbances of the medium by earthquake precursors in the infrasonic and fractional frequency ranges over an extended offshore (provides long-range noise-tolerance reception of the generated information waves of "small amplitudes" in the frequency range d syatki unit-share Hertz). It also reduces the time and money spent on the survey of water for search purposes, which is realized by direct mobile search for their sources in the parametric mode of translucent sonar.
Для решения поставленной задачи способ параметрического приема гидрофизических и геофизических волн в морской среде, включающий прозвучивание среды низкочастотными гидроакустическими сигналами с формированием в ней двух пространственно разнесенных в точке приема просветных параметрических антенн как зон нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн, последующий двухканальный прием параметрически преобразованных просветных сигналов и их обработку с восстановлением по ним исходных характеристик измеряемых информационных волн, отличается тем, что дополнительно к прозвучиванию среды низкочастотными гидроакустическими сигналами осуществляют инфранизкочастотную накачку грунта морского дна вдоль направления параметрических антенн, при этом низкочастотные и инфранизкочастотный гидроакустические сигналы излучают из центра обследуемой акватории, кроме того, приемный гидроакустический преобразователь формируют из двух вертикально разнесенных приемников, располагают на подвижном носителе, который перемещают по границе обследуемой акватории, при этом низкочастотными гидроакустическими сигналами формируют две вертикально разнесенные просветные параметрические антенны, а инфранизкочастотным излучающим преобразователем формируют накачку морского грунта по контролируемой трассе и усиливают уровень волн сейсмического фона, при этом в процессе перемещения по периметру акватории фиксируют направления максимального проявления измеряемых информационных волн, далее, по этим направлениям приемный блок перемещают в точку расположения излучающих преобразователей, причем приемный блок в ходе поисковых работ перемещают с постоянной минимально возможной для носителя скоростью или с заданными интервалами остановок, при этом измеряют и уточняют местоположения источников максимального проявления информационных волн, их протяженность и характеристики пространственно-временной динамики, а по ним осуществляют идентификацию измеряемых волн, их принадлежность к водным гидрофизическим или донным геофизическим, например углеводородным или сейсмическим, кроме того, при обнаружении геофизических волн и выделении их спектральных характеристик последние сравнивают с обобщенными эталонными спектрами и выявляют принадлежность измеряемых информационных волн к конкретным типам скоплений углеводородов или идентифицируют как предвестников землетрясений. Кроме того, прозвучивание среды низкочастотными гидроакустическими сигналами осуществляют посредством низкочастотного излучающего гидроакустического преобразователя, который располагают в водной среде. Кроме того, обработка параметрически преобразованных просветных сигналов включает их усиление в полосе преобразования, перенос их частотно-временного масштаба в высокочастотную область, измерение разности фаз сигналов с приемных антенн и их последующий узкополосный спектральный анализ, выделение параметрических составляющих суммарной и разностной частоты просветных и информационных сигналов. Кроме того, инфранизкочастотную накачку грунта морского дна осуществляют инфранизкочастотным излучателем, который располагают на морском дне. Кроме того, низкочастотные волны накачки водной среды излучают в диапазоне частот десятки-сотни Герц. Кроме того, инфранизкочастотные волны накачки грунта морского дна формируют в диапазоне частот единицы-доли Герца. Кроме того, прием и измерение характеристик гидрофизических и геофизических волн проводят в режиме минимальной для носителя скорости или с заданными интервалами остановок, обеспечивающими устойчивый прием и выделение информационных сигналов.To solve this problem, a method for the parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in the marine environment, including sounding the medium with low-frequency hydroacoustic signals with the formation of two spatially spaced at the receiving point of the luminal parametric antennas as zones of nonlinear interaction and parametric transformation of the luminal and measured information waves, followed by two-channel reception parametrically transformed luminal signals and their processing with restoration by the initial characteristics of the measured information waves, it differs in that in addition to sounding the medium with low-frequency sonar signals, an infra-low-frequency pumping of the seabed soil is carried out along the direction of the parametric antennas, while the low-frequency and infra-low-frequency sonar signals are emitted from the center of the investigated water area, in addition, the receiving sonar transducer is formed from two vertically spaced receivers are placed on a mobile carrier, which they move along the boundary of the surveyed water area, and two vertically spaced luminous parametric antennas are formed by low-frequency hydroacoustic signals, and the infrared-low-frequency radiating transducer generates pumping of sea soil along a controlled path and amplifies the level of seismic background waves, while during movement along the perimeter of the water area, the directions of the maximum manifestation of the measured information waves, then, in these directions, the receiving unit is moved to the location I of emitting transducers, and the receiving unit during the search operations is moved at a constant speed as fast as possible for the carrier or at specified intervals of stops, while the locations of the sources of the maximum manifestation of information waves, their length and the characteristics of the spatio-temporal dynamics are measured and specified identification of the measured waves, their affiliation with water hydrophysical or bottom geophysical, for example hydrocarbon or seismic, in addition, when aruzhenii geophysical waves and allocation of their spectral characteristics compared to the last generalized reference spectra and the measured detected accessory information waves to specific types of hydrocarbon accumulations or identified as precursors of earthquakes. In addition, the sounding of the medium by low-frequency sonar signals is carried out by means of a low-frequency radiating sonar transducer, which is located in an aqueous medium. In addition, the processing of parametrically transformed luminal signals includes their amplification in the conversion band, transfer of their time-frequency scale to the high-frequency region, measurement of the phase difference of the signals from the receiving antennas and their subsequent narrow-band spectral analysis, separation of the parametric components of the total and difference frequency of the luminal and information signals . In addition, the infra-low-frequency pumping of the soil of the seabed is carried out by the infra-low-frequency emitter, which is located on the seabed. In addition, low-frequency waves of pumping an aqueous medium emit in the frequency range of tens to hundreds of Hertz. In addition, infralow-frequency waves of pumping the soil of the seabed form in the frequency range of a unit-fraction of Hertz. In addition, the reception and measurement of the characteristics of hydrophysical and geophysical waves is carried out in the mode of minimum speed for the carrier or with specified intervals of stops, providing stable reception and separation of information signals.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed and well-known technical solutions indicates its compliance with the criterion of "novelty."
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.
Признаки «дополнительно к прозвучиванию среды низкочастотными гидроакустическими сигналами осуществляют инфранизкочастотную накачку грунта морского дна» обеспечивает возможность формирования зон нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн (являющихся следствием накачки морского грунта его инфранизкочастотной обработкой по контролируемой трассе, а также сейсмическими волнами предвестников землетрясений, распространяющихся в морском грунте и выходящими в водную среду на контролируемой трассе.The signs “in addition to sounding the medium with low-frequency hydroacoustic signals, carry out infralow-frequency pumping of the seabed soil” provides the possibility of forming zones of nonlinear interaction and parametric transformation of the luminal and measured information waves (which are the result of pumping the sea soil by its infra-low-frequency processing along a controlled path, as well as seismic waves of earthquake precursors spreading in the sea soil and out into the water do on a controlled track.
Признаки, указывающие, что инфранизкочастотную накачку грунта морского дна осуществляют «вдоль направления параметрических антенн», повышают эффективность «работы» зон нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн, что способствует повышению надежности и достоверности замерных результатов.Signs indicating that the infra-low-frequency pumping of the seabed soil is carried out “along the direction of the parametric antennas”, increase the efficiency of the “work” of non-linear interaction zones and the parametric conversion of the lumen and measured information waves, which helps to increase the reliability and reliability of the measured results.
Признаки, указывающие, что «низкочастотные и инфранизкочастотный гидроакустические сигналы излучают из центра обследуемой акватории», в совокупности с признаками, указывающими, что «приемный гидроакустический преобразователь формируют из двух вертикально разнесенных приемников, располагают на подвижном носителе, который перемещают по границе обследуемой акватории», обеспечивают возможность выявления профиля (траектории перемещения судна-носителя) наиболее перспективного для обследования траектории на выявление поисковых признаков (после завершения обхода периметра разведываемого участка акватории).Signs indicating that “low-frequency and infra-low-frequency sonar signals are emitted from the center of the surveyed water area”, together with signs indicating that “the receiving sonar transducer is formed from two vertically spaced receivers, placed on a mobile carrier that is moved along the boundary of the surveyed water area”, provide the ability to identify the profile (trajectory of the carrier vessel) of the most promising for the survey trajectory to identify search recognition kov (after completing the bypass of the perimeter of the prospected area of the water area).
Признаки, указывающие, что «низкочастотными гидроакустическими сигналами формируют две вертикально разнесенные просветные параметрические антенны», обеспечивает возможность эффективного помехоустойчивого приема и выделения измеряемых информационных волн методом фазового приема и последующей обработки параметрически преобразованных просветных сигналов. При этом разнесение приемных преобразователей, формирующих параметрические антенны, в соответствии с корреляционными свойствами просветных сигналов в вертикальной плоскости (не более десяти длин волн просветных сигналов), обеспечивает помехоустойчивый прием просветных сигналов и последующее выделение из них признаков информационных полей (см Williams R.E., Wei C.H. The Correlation of Acoustic Wavefront and Signal Time-Base Instabilities in the Ocean, J. Acoust. Soc. Amer., 59, 1310-1316, 1976).Signs indicating that "two vertically spaced luminous parametric antennas are formed by low-frequency hydroacoustic signals", provides the possibility of effective noise-tolerant reception and separation of measured information waves by the phase-reception method and the subsequent processing of parametrically transformed luminous signals. At the same time, the spacing of the receiving converters forming parametric antennas, in accordance with the correlation properties of the luminal signals in the vertical plane (not more than ten wavelengths of the luminal signals), provides noise-resistant reception of the luminal signals and the subsequent isolation of the signs of information fields from them (see Williams RE, Wei CH The Correlation of Acoustic Wavefront and Signal Time-Base Instabilities in the Ocean, J. Acoust. Soc. Amer., 59, 1310-1316, 1976).
Признаки, указывающие, что «инфранизкочастотным излучающим преобразователем формируют накачку морского грунта по контролируемой трассе и усиливают уровень волн сейсмического фона», обеспечивают возможность прямого мобильного поиска геофизических волн, формируемых углеводородными залежами при их накачке инфранизкочастотным излучением за счет усиления процессов нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн.Signs indicating that "the infrared-low-frequency radiating transducer forms the pumping of sea soil along a controlled path and enhances the level of seismic background waves" provide the possibility of direct mobile search for geophysical waves generated by hydrocarbon deposits pumped by infra-low-frequency radiation due to the enhancement of nonlinear interaction processes and parametric transformation of and measured information waves.
Признаки, указывающие, что «при этом в процессе перемещения по периметру акватории фиксируют направления максимального проявления измеряемых информационных волн», позволяют минимизировать количество поисковых проходов по акватории за счет выявления ограниченного числа наиболее перспективных для детальной разведки профилей.Signs indicating that “in this case, during the movement along the perimeter of the water area, the directions of the maximum manifestation of the measured information waves are fixed”, they minimize the number of search passes in the water area by identifying a limited number of profiles that are most promising for detailed exploration.
Признаки, указывающие, что по зафиксированным направлениям максимального проявления измеряемых информационных волн «приемный блок перемещают в точку расположения излучающих преобразователей», обеспечивают возможность получения измерительных сигналов на наиболее перспективном профиле.Signs indicating that in the recorded directions of the maximum manifestation of the measured information waves "the receiving unit is moved to the location of the emitting transducers", provide the opportunity to receive measuring signals on the most promising profile.
Признаки, указывающие, что носитель с приемным блоком «в ходе поисковых работ перемещают с постоянной минимально возможной для носителя скоростью или с заданными интервалами остановок», обеспечивают надежный прием информационных волн подвижной приемной системой.Signs indicating that the carrier with the receiving unit "during the search operations move at a constant minimum speed possible for the carrier or at specified intervals of stops" provide reliable reception of information waves by the mobile receiving system.
Признаки «измеряют и уточняют местоположения источников максимального проявления информационных волн, их протяженность и характеристики пространственно-временной динамики, а по ним осуществляют идентификацию измеряемых волн, их принадлежность к водным гидрофизическим или донным геофизическим, например углеводородным или сейсмическим» обеспечивают возможность идентификации измеряемых волн, их принадлежность к водным гидрофизическим или донным геофизическим, формируемым углеводородными или сейсмическими источниками, обеспечивает надежную идентификацию источников информационных волн и использование этих параметров в качестве поисковых признаков.The signs “measure and clarify the locations of the sources of the maximum manifestation of information waves, their length and characteristics of spatio-temporal dynamics, and they identify the measured waves, their belonging to water hydrophysical or bottom geophysical, such as hydrocarbon or seismic” provide the ability to identify the measured waves, their belonging to aquatic hydrophysical or bottom geophysical, formed by hydrocarbon or seismic sources, providing t reliable identification information wave sources and use these parameters as search features.
Признак «при обнаружении геофизических волн и выделении их спектральных характеристик последние сравнивают с обобщенными эталонными спектрами и выявляют принадлежность измеряемых информационных волн к конкретным типам скоплений углеводородов или идентифицируют как предвестников землетрясений», обеспечивает завершение операций (измерительных технологий) предлагаемого способа мобильного поиска (обнаружения) источников информационных волн на морском шельфе и их систематизацию по типам залежей.The sign “when detecting geophysical waves and isolating their spectral characteristics, the latter are compared with generalized reference spectra and the belonging of the measured information waves to specific types of hydrocarbon accumulations or identified as precursors of earthquakes” ensures the completion of operations (measuring technologies) of the proposed method of mobile search (detection) of sources information waves on the sea shelf and their systematization according to the types of deposits.
Дополнительный отличительный признак «прозвучивание среды низкочастотными гидроакустическими сигналами осуществляют посредством низкочастотного излучающего гидроакустического преобразователя, который располагают в водной среде» обеспечивает эффективное формирование двойной параметрической антенны.An additional distinguishing feature “sounding of the medium with low-frequency sonar signals is carried out by means of a low-frequency radiating sonar transducer, which is located in the aquatic environment” ensures the effective formation of a double parametric antenna.
Дополнительный отличительный признак «обработка параметрически преобразованных просветных сигналов включает их усиление в полосе преобразования, перенос их частотно-временного масштаба в высокочастотную область, измерение разности фаз сигналов с приемных антенн и их последующий узкополосный спектральный анализ, выделение параметрических составляющих суммарной и разностной частоты просветных и информационных сигналов» обеспечивает надежное восстановление исходного информационного сигнала.An additional distinguishing feature is the “processing of parametrically transformed luminal signals, including their amplification in the conversion band, transfer of their time-frequency scale to the high-frequency region, measurement of the phase difference of the signals from the receiving antennas and their subsequent narrow-band spectral analysis, separation of the parametric components of the total and difference frequency of the luminal and information Signals ”provides reliable restoration of the initial information signal.
Дополнительный отличительный признак «инфранизкочастотную накачку грунта морского дна осуществляют инфранизкочастотным излучателем, который располагают на морском дне» обеспечивает эффективную накачку массива морского дна и повышает информационность разведочных работ».An additional distinguishing feature is the “infralow-frequency pumping of the seabed soil carried out by the infralow-frequency emitter, which is located on the seafloor” ensures efficient pumping of the seafloor array and increases the informational value of exploration work. ”
Дополнительный отличительный признак «низкочастотные волны накачки водной среды излучают в диапазоне частот десятки-сотни Герц» обеспечивает возможность дальнего параметрического приема геофизических и гидрофизических волн на протяженных морских акваториях.An additional distinguishing feature is “low-frequency waves of pumping of an aqueous medium emit in the frequency range of tens to hundreds of Hertz” provides the possibility of long-range parametric reception of geophysical and hydrophysical waves in extended sea areas.
Дополнительный отличительный признак «инфранизкочастотные волны накачки грунта морского дна формируют в диапазоне частот единицы-доли Герца» обеспечивает возможность эффективного параметрического приема геофизических волн, формируемых углеводородными залежами за счет дополнительной накачки грунта инфранизкочастотными волнами, близкими к резонансным излучениям залежей или сейсмическим волнам предвестников землетрясений.An additional distinguishing feature “infra-low-frequency waves pumping the seabed soil into the frequency range of a unit-fraction of Hertz” provides the possibility of efficient parametric reception of geophysical waves generated by hydrocarbon deposits due to additional pumping of the soil by infra-low-frequency waves close to the resonant radiation of deposits or seismic waves of earthquake precursors.
Дополнительный отличительный признак «прием и измерение характеристик гидрофизических и геофизических волн проводят в режиме минимальной для носителя скорости или с заданными интервалами остановок, обеспечивающими устойчивый прием и выделение информационных сигналов» обеспечивает надежный прием информационных волн путем исключения помех, создаваемых подвижной системой мониторинга.An additional distinguishing feature “reception and measurement of the characteristics of hydrophysical and geophysical waves is carried out in the mode of minimum speed for the carrier or with predetermined intervals of stops providing stable reception and extraction of information signals” ensures reliable reception of information waves by eliminating the interference caused by the mobile monitoring system.
Таким образом, совокупность и взаимосвязь рассмотренных отличительных признаков предлагаемого способа обеспечивает возможность получения общего технического эффекта, а именно достижение дальнего обнаружения (приема) в морской среде и измерение пространственно-временной и спектральной структуры полей гидрофизических и геофизических волн, формируемых морскими объектами и донными углеводородными залежами, а также сейсмическими возмущениями предвестников землетрясений в инфразвуковом и дробном диапазонах на протяженном морском шельфе, что реализуется прямым мобильным акустическим поиском их источников, а также за счет дополнительной накачки морского грунта и усиления его сейсмического фона, формируемого полем предвестников землетрясений.Thus, the totality and interconnection of the considered distinguishing features of the proposed method provides the possibility of obtaining a common technical effect, namely, the achievement of early detection (reception) in the marine environment and the measurement of the spatio-temporal and spectral structure of the fields of hydrophysical and geophysical waves generated by marine objects and bottom hydrocarbon deposits , as well as seismic disturbances of earthquake precursors in the infrasound and fractional ranges on an extended sea that is realized by direct mobile acoustic search for their sources, as well as due to the additional pumping of sea soil and the amplification of its seismic background formed by the field of earthquake precursors.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема измерительной системы мониторинга, реализующая способ дальнего параметрического приема в морской среде и измерения характеристик геофизических и гидрофизических полей источников водной среды и морского дна. На фиг.2 представлена схема обследования акватории, измерения характеристик полей и определения местоположения сейсмических источников информационных волн. На фиг.3-5 приведены спектры и спектрограммы гидрофизических полей источников морских акваторий, которые соответствуют измерениям сигналов разности фаз горизонтально разнесенных приемных элементов. При этом фиг.3 - спектр акустических резонансных и гидродинамических полей движущегося морского судна, измеренных параметрическим способом. Частота подсветки среды - 400 Гц, протяженность обследуемой акватории - 30 км, горизонтальное разнесение приемных элементов донной антенны - 200 м. Фиг.4 - спектр электромагнитных излучений морского судна, измеренный параметрическим просветным методом, частота около 390 Гц. Протяженность обследуемой акватории - 45 км, горизонтальное разнесение приемных элементов донной антенны - 200 м. Спектр представляет результат нелинейного взаимодействия акустических и электромагнитных волн в проводящей морской среде. Фиг.5 - спектр шумоизлучения морского судна (вально-лопастного звукоряда). Представлен результат «тройного» нелинейного взаимодействия волн различной физической природы в морской среде. Наблюдаются акустические волны на частоте подсветки среды 386 Гц, электромагнитные волны на частоте 400 Гц и акустические волны вально-лопастного звукоряда морского судна. На фиг.6-8 приведены обобщенные (используемые как эталонные) спектры геофизических волн морского дна, сформированного углеводородными (далее УВ) залежами при различной степени их насыщения газом и нефтью. На фиг.6 - спектр УВ залежей (соответствует преимущественно газовым скоплениям). Фиг.7 - спектр УВ залежей (соответствует преимущественно газоконденсатным скоплениям). Фиг.8 - спектр УВ залежей (соответствует преимущественно залежам с притоком газа). Фиг.9 - записи сигналов землетрясений (амплитудно-временные характеристики). Фиг.10 - записи предвестников землетрясений, представленных в формате 3D.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the structural diagram of a measuring monitoring system that implements the method of long-range parametric reception in the marine environment and measuring the characteristics of geophysical and hydrophysical fields of sources of the aquatic environment and the seabed. Figure 2 presents a diagram of the survey of the water area, measuring the characteristics of the fields and determining the location of seismic sources of information waves. Figure 3-5 shows the spectra and spectrograms of the hydrophysical fields of the sources of marine waters, which correspond to measurements of phase difference signals of horizontally spaced receiving elements. In this case, Fig.3 is a spectrum of acoustic resonant and hydrodynamic fields of a moving marine vessel, measured in a parametric manner. The frequency of illumination of the medium is 400 Hz, the length of the surveyed water area is 30 km, the horizontal spacing of the receiving elements of the bottom antenna is 200 m. Figure 4 is a spectrum of the electromagnetic radiation of a marine vessel, measured by the parametric translucent method, the frequency is about 390 Hz. The length of the surveyed water area is 45 km, the horizontal separation of the receiving elements of the bottom antenna is 200 m. The spectrum represents the result of a nonlinear interaction of acoustic and electromagnetic waves in a conducting marine environment. 5 is a spectrum of noise emission of a marine vessel (shaft-lobe scale). The result of the “triple” nonlinear interaction of waves of various physical nature in the marine environment is presented. Acoustic waves are observed at a frequency of illumination of the medium of 386 Hz, electromagnetic waves at a frequency of 400 Hz and acoustic waves of a shaft-blade scale of a marine vessel. Figure 6-8 shows the generalized (used as reference) spectra of geophysical waves of the seabed formed by hydrocarbon (hereinafter HC) deposits at various degrees of their saturation with gas and oil. Figure 6 - spectrum of hydrocarbon deposits (corresponds mainly to gas accumulations). Fig.7 is a spectrum of hydrocarbon deposits (corresponds mainly to gas condensate accumulations). Fig - spectrum hydrocarbon deposits (corresponds mainly to deposits with gas inflow). Fig.9 - recording earthquake signals (amplitude-time characteristics). Figure 10 - records of earthquake precursors presented in 3D.
Измерительные технологии закономерностей накопления энергии сейсмического фона и последующего его переизлучения УВ залежами микросейсмических волн Земли заключаются в использовании метода «прослушивания». Такой метод подобен медицинскому прослушиванию живого организма, в котором аналогичные волны формируются за счет работы сердца. В УВ залежах, как протяженных полостях, такие волны формируются за счет наличия в окружающей земной среде микросейсмических и других аналогичных колебаний. При этом в зависимости от пространственных размеров и плотности залежей, как морских ракушек, происходит близкое к резонансному формирование и переизлучение волн в диапазоне частот доли-единицы-десятки Герц. В отдельных случаях переизлучение охватывает диапазон частот до 200 Гц. Излучения залежей, как показывает практика, прослушиваются и регистрируются на поверхности земли с использованием специальных ловушек (антенных полусфер), затем измерения подвергаются дальнейшей обработке и анализу. В этом случае поверхность земли работает как рупор, усиливающий шумовые сигналы. Но, как показывает практика, не все, что эффективно шумит, является нефтяной залежью, в этом случае необходима специальная идентификация принимаемых шумов, сущность которой используется в заявляемом изобретении. Закономерности формирования и практического использования микросейсмических излучений Земли интенсивно исследуются и широко используются в практике поиска УВ залежей в морских условиях (например, см. Биряльцев Е.В., Рыжов В.А., Шабалин Н.Я. // Прием и обработка информации в сложных системах. - Казань: Изд. Казанский Университет. 2005. - Вып.22. - С.113-120).The measuring technology of the patterns of energy storage of the seismic background and its subsequent re-emission of hydrocarbons by the microseismic waves of the Earth consist in using the “listening” method. This method is similar to medical listening to a living organism, in which similar waves are formed due to the work of the heart. In hydrocarbon deposits, such as extended cavities, such waves are formed due to the presence of microseismic and other similar vibrations in the earth's environment. Moreover, depending on the spatial dimensions and density of deposits, such as seashells, the formation and reradiation of waves close to resonance occurs in the frequency range of a fraction of a few tens of hertz. In some cases, re-emission covers the frequency range up to 200 Hz. The radiation of the deposits, as practice shows, is tapped and recorded on the surface of the earth using special traps (antenna hemispheres), then the measurements are further processed and analyzed. In this case, the surface of the earth acts as a horn amplifying noise signals. But, as practice shows, not everything that effectively makes noise is an oil reservoir, in this case, a special identification of the received noise is necessary, the essence of which is used in the claimed invention. The patterns of formation and practical use of microseismic emissions of the Earth are intensively investigated and widely used in the practice of searching for hydrocarbon deposits in marine conditions (for example, see Biryaltsev E.V., Ryzhov V.A., Shabalin N.Ya. // Information reception and processing in complex systems. - Kazan: Kazan University Publishing House. 2005. - Issue 22. - S.113-120).
Теоретическое обоснование закономерностей нелинейной акустики и их реализации в предлагаемом параметрическом способе поиска и измерения характеристик геофизических и гидрофизических волн в проводящей морской среде заключается в следующем. Известно, что характеристики гидрофизических полей морской среды различной физической природы, в которой распространяется гидроакустическая волна, влияют на ее параметры (см. Воронин В.А., Кириченко И.А. Исследование параметрической антенны в стратифицированной среде с изменяющимся полем скорости звука. Журнал «Известия вузов». - Электромеханика, №4, 1995). Это связано с тем, что влияние гидрофизических полей осуществляется через изменение плотности и коэффициента упругости среды. По своей физической сущности заявляемый способ предусматривает изменение плотности и (или) температуры контролируемой водной среды, распределение этих величин в протяженной рабочей зоне параметрического приема (взаимодействия волн различной физической природы), которое является следствием воздействия на морскую среду измеряемыми информационными полями, формируемыми комплексом информационных сигналов, распространяющихся в обследуемой акватории. Очевидно, что и все инфранизкочастотные волны, сформированные специальными морскими источниками или стихийными явлениями (например, землетрясениями или цунами), будут надежно зарегистрированы.The theoretical justification of the laws of nonlinear acoustics and their implementation in the proposed parametric method for searching and measuring the characteristics of geophysical and hydrophysical waves in a conducting marine environment is as follows. It is known that the characteristics of hydrophysical fields of the marine environment of various physical nature in which the hydroacoustic wave propagates affect its parameters (see Voronin V.A., Kirichenko I.A. Study of a parametric antenna in a stratified medium with a variable sound velocity field. Journal “ University Proceedings. ”- Electromechanics, No. 4, 1995). This is due to the fact that the influence of hydrophysical fields is carried out through a change in the density and coefficient of elasticity of the medium. According to its physical nature, the inventive method provides for a change in the density and (or) temperature of a controlled aqueous medium, the distribution of these values in an extended working area of parametric reception (interaction of waves of various physical nature), which is a consequence of the impact on the marine environment with measured information fields generated by a complex of information signals propagating in the surveyed water area. Obviously, all infra-low-frequency waves generated by special marine sources or natural disasters (for example, earthquakes or tsunamis) will be reliably recorded.
Качественная и количественная характеристики процесса взаимодействия упругих (акустических) и электромагнитных волн в проводящих средах заключаются в следующем. При излучении электромагнитной волны в морскую электропроводящую среду происходит ее поглощение и затухание. Одновременно значительно уменьшается ее длина. В зависимости от проводимости морской среды расстояние, на котором затухает электромагнитная волна инфранизких частот (от единиц Гц до сотен Гц), может составлять от 10-20 метров до 100-200 метров. При этом «длина» затухающей электромагнитной волны может составлять от 0,1-0,2 до 10-20 метров.Qualitative and quantitative characteristics of the process of interaction of elastic (acoustic) and electromagnetic waves in conductive media are as follows. When an electromagnetic wave is emitted into a marine electrically conductive medium, its absorption and attenuation occur. At the same time, its length is significantly reduced. Depending on the conductivity of the marine environment, the distance at which the electromagnetic wave of infra-low frequencies decays (from units of Hz to hundreds of Hz) can range from 10-20 meters to 100-200 meters. In this case, the "length" of the damped electromagnetic wave can be from 0.1-0.2 to 10-20 meters.
Математически процесс распространения электромагнитной волны описывается известным уравнением диффузии, которое выводится на основе теории взаимодействия электромагнитной волны в проводящей жидкости, приблизительно описывающей морскую среду. Теоретическая основа рассматриваемой закономерности заключается в том, что электрические токи, генерируемые электромагнитной волной, переходят в джоулево тепло. Диссипативные потери на ток проводимости в морской среде преобразовываются в тепловые потери, которые в свою очередь изменяют механические характеристики проводящей жидкости (плотность, температуру, теплоемкость и т.д.). При пропускании по такой промодулированной в пространстве нелинейной среде акустической волны накачки ее параметры будут промодулированы за счет изменения фазовой скорости волны по трассе распространения. Спектр упругой (акустической) волны накачки за счет нелинейного преобразования изменяется, в нем формируются высокочастотные и низкочастотные параметрические составляющие. Параметрический прием информационных волн в рассматриваемой системе проявляется как амплитудно-фазовая модуляция акустической волны накачки, которая распространяется вместе с ней в точку приема и затем выделяется в тракте обработки сигналов. Процесс формирования параметрического приема волн просветной гидроакустической линией можно пояснить обычной системой уравнений гидродинамики для вязкой жидкости при наложении на уравнение состояния соответствующих изменений фазовой скорости звука во времени и пространстве.Mathematically, the process of propagation of an electromagnetic wave is described by the well-known diffusion equation, which is derived on the basis of the theory of the interaction of an electromagnetic wave in a conducting fluid, which approximately describes the marine environment. The theoretical basis of the pattern under consideration is that the electric currents generated by the electromagnetic wave pass into Joule heat. Dissipative losses on the conduction current in the marine environment are converted into heat losses, which in turn change the mechanical characteristics of the conductive fluid (density, temperature, heat capacity, etc.). When an acoustic pump wave is transmitted through such a spatially modulated nonlinear medium, its parameters will be modulated by changing the phase velocity of the wave along the propagation path. The spectrum of an elastic (acoustic) pump wave changes due to nonlinear conversion, and high-frequency and low-frequency parametric components are formed in it. The parametric reception of information waves in the system under consideration is manifested as amplitude-phase modulation of the acoustic pump wave, which propagates with it to the receiving point and then is allocated in the signal processing path. The process of generating parametric wave reception by a transverse hydroacoustic line can be explained by the usual system of hydrodynamic equations for a viscous fluid when superimposed on the equation of state of the corresponding changes in the phase velocity of sound in time and space.
Для вычисления скорости распространения упругой (акустической) волны можно применить известную формулуTo calculate the propagation velocity of an elastic (acoustic) wave, one can apply the well-known formula
где
Воспользовавшись соотношением между адиабатической и изотермической сжимаемостью βS=Gυ/Gpβt можно получить следующее выражение для фазовой скоростиUsing the relation between adiabatic and isothermal compressibility β S = Gυ / G p β t we can obtain the following expression for the phase velocity
Очевидно, что качественно любые изменения плотности ρ, давления Р при постоянной температуре приводят к изменению фазовой скорости звука во времени в зоне взаимодействия электромагнитной волны с упругой через морскую среду, проводящую электрический ток. То есть в отличие от классических уравнений гидродинамики для идеальной жидкости, которые используются в теории нелинейных параметрических излучателей, в последних уравнениях фазовая скорость упругой волны изменяется во времени и пространстве по закону изменения электромагнитной волны. Таким образом, если в рабочей зоне просветной параметрической системы распространяется электромагнитная волна гармонической частоты Ωэм, то фазовая скорость упругой (просветной акустической) волны C(t) также будет меняться с той же частотой Ωзв=Ωэм. Количественные характеристики глубины модуляции можно получить, используя конкретные инженерные модели реализации способа.Obviously, qualitatively any changes in density ρ, pressure P at a constant temperature lead to a change in the phase velocity of sound in time in the zone of interaction of an electromagnetic wave with an elastic wave through a marine medium conducting electric current. That is, in contrast to the classical equations of hydrodynamics for an ideal fluid, which are used in the theory of nonlinear parametric radiators, in the latter equations the phase velocity of an elastic wave changes in time and space according to the law of change of the electromagnetic wave. Thus, if an electromagnetic wave of harmonic frequency Ω em propagates in the working zone of the lumen parametric system, then the phase velocity of the elastic (lumen acoustic) wave C (t) will also change with the same frequency Ω sv = Ω em . Quantitative characteristics of the modulation depth can be obtained using specific engineering models for implementing the method.
Теоретическими и морскими экспериментальными исследованиями обоснованы закономерность и эффективность так называемого тройного взаимодействия акустических просветных волн с акустическими и электромагнитными полями источников морской среды. Показано, что морские источники, например сейсмические возмущения морского дна, могут быть обнаружены по признакам преобразования их упругими и электромагнитными полями распространяющихся в среде просветных акустических волн. Аналитический вид такого преобразования представляется в следующем виде (см. Шостак С.В., Мироненко М.В., Сургаев И.Н. Амплитудно-фазовая модуляция просветных акустических волн при их взаимодействии с электромагнитными в морской среде // Сб. статей. - Владивосток. ТОВМИ. Вып.22, 2001, с.82-88):Theoretical and marine experimental studies substantiate the regularity and effectiveness of the so-called triple interaction of acoustic translucent waves with the acoustic and electromagnetic fields of marine sources. It is shown that marine sources, for example, seismic disturbances of the seabed, can be detected by signs of their transformation by elastic and electromagnetic fields of transparent acoustic waves propagating in the medium. The analytical form of such a transformation is presented in the following form (see Shostak S.V., Mironenko M.V., Surgaev I.N. Amplitude-phase modulation of translucent acoustic waves during their interaction with electromagnetic waves in the marine environment // Collection of articles. - Vladivostok. TOVMI. Issue 22, 2001, p. 82-88):
где Р*(t), P(t) - результирующее (промодулированное) и мгновенное значения просветной акустической волны; ω1, ω2 - круговая частота акустической просветной и электромагнитной объектных волн; Ω - низкочастотная акустическая волна от объекта; φ - начальная фаза просветной волны; t - текущее время; Jn - функции Бесселя n-го порядка; A0, Am - амплитуды исходной и промодулированных волн; m - коэффициент модуляции. Анализ этого выражения показывает, что спектр колебаний взаимодействующих волн состоит из бесконечного числа составляющих, расположенных симметрично относительно удвоенной центральной частоты 2ω (равной ω1+ω2), значения частот которых отличаются от 2ω на n·Ω, где n - любое целое число. Амплитуды n-х боковых составляющих будут определяться выражениемwhere P * (t), P (t) is the resulting (modulated) and instantaneous values of the translucent acoustic wave; ω 1 , ω 2 - the circular frequency of the acoustic translucent and electromagnetic object waves; Ω is the low-frequency acoustic wave from the object; φ is the initial phase of the translucent wave; t is the current time; J n - n-th order Bessel functions; A 0 , A m are the amplitudes of the initial and modulated waves; m is the modulation coefficient. An analysis of this expression shows that the vibrational spectrum of interacting waves consists of an infinite number of components located symmetrically with respect to the doubled central frequency 2ω (equal to ω 1 + ω 2 ), the frequency values of which differ from 2ω by n · Ω, where n is any integer. The amplitudes of the n-th side components will be determined by the expression
Jn(2Am/P)·0,5P2.J n (2A m / P) · 0.5P 2 .
Из него следует, что вклад различных боковых составляющих в суммарную мощность модулированного колебания определяется величиной 2Am/Р. Причем при малых значениях коэффициента модуляции mp спектр колебания состоит приближенно из гармоник центральной частоты 2ω (суммарной) и двух боковых частот: верхней (2ω+Ω) и нижней (2ω-Ω).It follows from this that the contribution of various lateral components to the total power of the modulated oscillation is determined by the value 2A m / P. Moreover, for small values of the modulation coefficient m p, the vibrational spectrum consists approximately of harmonics of the center frequency 2ω (total) and two side frequencies: the upper (2ω + Ω) and lower (2ω-Ω).
На чертежах показаны тракт формирования сигналов накачки 1, подводный излучатель 2 просветных сигналов накачки водной среды, подводный излучатель 3 сигналов накачки морского грунта, источник гидрофизических волн 4, приемные блоки 5 и 6, генератор стабилизированной частоты 7, тиристорный инвертор 8, блок согласования 9 его выхода с подводными кабелями, генератор стабилизированной частоты 10, тиристорный инвертор 11, блок согласования 12 его выхода с подводными кабелями, тракт 13 приема, выделения и регистрации информационных волн, двухканальный широкополосный усилитель 14, блок измерения разности фаз 15, преобразователь временного масштаба параметрически преобразованных просветных волн в высокочастотную область 16, узкополосный анализатор спектров 17, рекордер 18 (или иной носитель информации), источник 19 геофизических волн - например, УВ залежь, параметрические антенны 20, зона «тройного» нелинейного взаимодействия волн 21, морское дно 22, морская поверхность 23, дополнительное инфранизкочастотное излучение (накачка) 24 морского дна 22, сейсмические волны предвестников землетрясений 25, акватория 26, судно-носитель 27.The drawings show the path for generating the pump signals 1, the
Структурная схема параметрической системы измерения характеристик гидрофизических и геофизических полей на протяженных морских акваториях, реализующая предлагаемый способ, показана на фиг.1. Система включает тракт формирования сигналов низкочастотной и инфранизкочастотной накачки водной среды и морского грунта 1, соединенный с подводными излучателями просветных сигналов накачки 2 и сигналов инфранизкочастотной накачки морского грунта 3. Измерительная система мониторинга полей среды включает также тракт приема, выделения и регистрации информационных волн 13, входы которого соединены с приемными блоками 5 и 6, вертикально разнесенных параметрических антенн 20.The structural diagram of a parametric system for measuring the characteristics of hydrophysical and geophysical fields in extended sea areas that implements the proposed method is shown in figure 1. The system includes a path for generating signals of low-frequency and infra-low frequency pumping of the aquatic environment and
Тракт формирования и усиления сигналов подсветки среды и накачки морского грунта 1 представляет двухканальную электронную схему, содержащую последовательно соединенные: генераторы стабилизированной частоты 7 и 10; тиристорные инверторы 8 и 11; блоки согласования 9 и 12 их выходов с подводными кабелями и далее с излучающими блоками 2 и 3 (см. фиг.1).The path to the formation and amplification of the backlight signals of the medium and the pumping of the
Приемный тракт измерительной системы 13 (фиг.1) представляет собой электронную систему, включающую последовательно соединенные двухканальный широкополосный усилитель 14, входы которого посредством подводных кабелей соединены с приемными блоками вертикальных параметрических антенн 5 и 6, а выходы с блоком измерения разности фаз 15, выход которого соединен с преобразователем временного масштаба параметрически преобразованных просветных волн в высокочастотную область 16, далее с узкополосным анализатором спектров 17, выход которого соединен с рекордером или иным носителем выделяемых спектров информационных волн 18. Кроме того, на чертежах (фиг.1) показаны источник формирования гидрофизических волн 4, рабочая зона нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и информационных волн (низкочастотные просветные параметрические антенны) 20, источник формирования геофизических волн залежей УВ морского дна 19, морская поверхность 23, а также зона «тройного» нелинейного взаимодействия волн 21 (низкочастотных просветных, акустических или гидродинамических и электромагнитных геофизических, принимаемых за счет дополнительной инфранизкочастотной накачки морского дна), а также волн, сформированных углеводородными скоплениями 19.The receiving path of the measuring system 13 (Fig. 1) is an electronic system including a two-channel broadband amplifier 14 connected in series, the inputs of which are connected via the underwater cables to the receiving units of the vertical
Заявленный способ реализуется следующим образом. Излучатели подсветки среды и накачки морского грунта 2 и 3, а также приемные блоки 5 и 6 размещают (заглубляют и устанавливают) по отношению к источникам информационных волн обследуемой акватории так, чтобы наиболее эффективно формировались и использовались области их нелинейного взаимодействия. Процесс обнаружения информационных волн начинается с постоянного минимально возможного для носителя перемещения сформированных просветных параметрических антенн по площади обследуемой акватории ("циркуляции" относительно местоположения излучающих блоков). При обнаружении признаков информационных волн носитель приемных блоков перемещают в сторону сближения, а затем на удаление от излучающих преобразователей (от центра акватории) и уточняют места расположения и протяженность источников информационных волн. В обнаруженных местах определяют их координаты. Путем отклонения судна-носителя приемников от прямолинейного курса перемещают их от первоначально пройденной линии (например, перемещают по змейке) и определяют ширину залежи УВ. При этом производят наблюдения и измерения пространственно-временных характеристик и динамики волн. Далее судно - носитель приемных блоков возвращается в исходную точку периметра обследуемой акватории, из которой процесс обнаружения и поиска источников информационных волн продолжается (повторяется) по всему периметру.The claimed method is implemented as follows. Emitters of illumination of the medium and pumping of
Закономерность измерения гидрофизических и геофизических волн просветным параметрическим способом в поисковой системе реализуется следующим образом. Воздействие источников информационных волн 4, 19, 25 приводит к изменению механистических характеристик морской среды (плотности и температуры, которые модулируют просветные сигналы подсветки среды). При пропускании по такой промодулированной в пространстве нелинейной упругой среде акустической волны накачки ее параметры будут промодулированы за счет изменения фазовой скорости по трассе распространения. Возникающие в результате нелинейного взаимодействия волн гармоники проявляются как модуляционные составляющие амплитуды и фазы низкочастотных волн накачки. Являясь неразрывно связанной компонентой низкочастотной просветной волны, они переносятся на большие расстояния и затем выделяются (обнаруживаются) в блоках обработки приемного тракта системы мониторинга полей и поиска их источников.The pattern of measurement of hydrophysical and geophysical waves using the parametric translucent method in the search engine is implemented as follows. The influence of sources of information waves 4, 19, 25 leads to a change in the mechanistic characteristics of the marine environment (density and temperature, which modulate the luminous signals of the illumination of the environment). When an acoustic pump wave is transmitted through such a nonlinear elastic medium modulated in space, its parameters will be modulated by changing the phase velocity along the propagation path. The harmonics arising as a result of the nonlinear interaction of the waves manifest themselves as modulation components of the amplitude and phase of the low-frequency pump waves. Being an inextricably linked component of the low-frequency translucent wave, they are transported over long distances and then are allocated (detected) in the processing units of the receiving path of the field monitoring system and search for their sources.
Усиление нелинейного взаимодействия геофизических волн источников морского дна, а также эффективности дальнего приема и последующей идентификации измеряемых геофизических и гидрофизических волн и определения их местоположения обеспечивается за счет дополнительного облучения грунта морского дна инфранизкочастотными сигналами, что обеспечивает суммарное нелинейное взаимодействие волн (просветных в направлении трассы с дополнительными, распространяющимися из морского дна, а также информационными) распространяющимися в морской среде.Strengthening the nonlinear interaction of geophysical waves of the seabed sources, as well as the effectiveness of long-distance reception and subsequent identification of the measured geophysical and hydrophysical waves and determining their location is ensured by additional irradiation of the seabed soil with infra-low-frequency signals, which ensures the total nonlinear interaction of waves (translucent in the direction of the path with additional propagating from the seabed, as well as information) propagating in the sea de.
Повышенный эффект нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн достигается за счет использования соизмеримой с протяженностью среды пространственной рабочей зоны (протяженного объема) взаимодействия волн, а также дополнительного облучения морского дна. Применение в тракте приема и обработки операций преобразования (переноса) частотно-временного масштаба волн накачки в высокочастотную область обеспечивает эффективное выделение волн инфранизкочастотного и дробного диапазонов частот существующими методами и средствами узкополосного спектрального анализа и их последующей регистрации на носителях.The increased effect of nonlinear interaction and parametric wave transformation is achieved through the use of the interaction of waves commensurate with the length of the medium of the spatial working zone (extended volume) of the waves, as well as additional irradiation of the seabed. The use in the receiving and processing path of conversion (transfer) operations of the time-frequency scale of pump waves to the high-frequency region ensures the efficient separation of waves of the infra-low-frequency and fractional frequency ranges by existing methods and means of narrow-band spectral analysis and their subsequent registration on carriers.
На фиг.1-8 приведены конкретные результаты реализации заявленного способа (результаты наблюдений и измерений шумоизлучения УВ залежей), полученные в условиях реальных акваторий, которые могут использоваться как признаки проявления (присутствия) подводных месторождений углеводородов.Figure 1-8 shows the specific results of the implementation of the claimed method (the results of observations and measurements of noise emission from hydrocarbon deposits) obtained in real water areas, which can be used as signs of the manifestation (presence) of subsea hydrocarbon deposits.
Газовая залежь (фиг.6) характеризуется следующими признаками. На спектрограмме наблюдаются сплошные и дискретные шумы с уровнями их превышений над фоном 10% и 45% соответственно. Дискретный ряд представляет собой несимметричный колокол, состоящий из трех двойных и двух (более широких) одиночных составляющих, расположенных в интервале частот около 3,4-4,2 Гц, а его максимума на частоте около 3,8 Гц.Gas reservoir (Fig.6) is characterized by the following features. The spectrogram shows continuous and discrete noises with levels of excess above the background of 10% and 45%, respectively. The discrete row is an asymmetric bell, consisting of three double and two (wider) single components located in the frequency range of about 3.4-4.2 Hz, and its maximum at a frequency of about 3.8 Hz.
Газоконденсатная залежь (фиг.7). В интервале частот около 1,8-4,8 Гц приведенная к фону спектральная мощность собственных шумоизлучений залежи УВ примерно на 5% превышает фон. При этом в диапазоне частот от 2,0 до 3,4 Гц над сплошным шумом регистрируется «лежащая на спине буква Е», у которой две широкие (по 0,2 Гц) дискретные составляющие в пределах 25% превышающие сплошной шум и на 30% превышающие фон. Центральная линия как двойная дискретная составляющая примерно на 15% превышает сплошной шум и на 20% превышает фон. В диапазоне частот от 3,5 Гц до 5 Гц регистрируются «изрезанный меандр» (серия из трех разрезанных прямоугольников), в которых уровень «меандра» превышают сплошной шум примерно на 15% и на 20% - фон.Gas condensate reservoir (Fig.7). In the frequency range of about 1.8-4.8 Hz, the spectral power of the intrinsic noise emissions of the hydrocarbon pool reduced to the background is approximately 5% higher than the background. Moreover, in the frequency range from 2.0 to 3.4 Hz over continuous noise, a “letter E lying on the back" is registered, which has two wide (0.2 Hz each) discrete components within 25% higher than continuous noise and 30% exceeding background. The central line as a double discrete component exceeds solid noise by about 15% and exceeds background by 20%. In the frequency range from 3.5 Hz to 5 Hz, a “rugged meander” (a series of three cut rectangles) is recorded, in which the meander level exceeds the continuous noise by about 15% and background by 20%.
Залежь с притоком газа (фиг.8). В диапазоне частот от 1,0 Гц до 7,0 Гц приведенная к фону спектральная мощность собственных шумоизлучений залежи УВ примерно на 10-20% превышает фоновый уровень. При этом в диапазоне частот от 2.0 до 5,5 Гц регистрируется равносторонний «треугольник» с вершиной (максимумом спектральной плотности) на частоте около 4,0 Гц, который превышает уровень фона примерно на 40%.Deposit with gas influx (Fig. 8). In the frequency range from 1.0 Hz to 7.0 Hz, the spectral power of the intrinsic noise emissions of the hydrocarbon deposit reduced to the background is approximately 10–20% higher than the background level. Moreover, in the frequency range from 2.0 to 5.5 Hz, an equilateral “triangle” with a peak (maximum spectral density) is recorded at a frequency of about 4.0 Hz, which exceeds the background level by about 40%.
Таким образом, техническими решениями заявляемого способа дальнего параметрического приема и измерения характеристик геофизических и гидрофизических волн низкочастотного, инфранизкочастотного и дробного диапазонов реализованы практические пути построения и эксплуатации широкомасштабной гидроакустической системы комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей в инфранизкочастотном и дробном диапазонах, формируемых источниками водной среды и морского дна. Протяженность рассматриваемой системы (большой масштаб дальности параметрического приема волн) обеспечивается прозвучиванием (накачкой) среды слабозатухающими низкочастотными акустическими сигналами в диапазоне десятки-сотни Герц. Обеспечение в заявляемом способе дальнего обнаружения и определения местоположения источников геофизических и гидрофизических волн, формируемых УВ залежами, а также предвестниками землетрясений достигается за счет измерительных технологий просветной гидролокации и реализации в ней закономерностей нелинейного взаимодействия волн различной физической природы, что обосновано теоретически и подтверждено морскими экспериментами.Thus, the technical solutions of the proposed method for the long-range parametric reception and measurement of the characteristics of geophysical and hydrophysical waves of low-frequency, infra-low-frequency and fractional ranges have implemented practical ways to build and operate a large-scale hydro-acoustic system for integrated monitoring of hydrophysical and geophysical fields in the infra-low and fractional ranges formed by sources of the aquatic environment and the marine environment bottom. The length of the system under consideration (a large scale of the range of parametric wave reception) is provided by the sounding (pumping) of the medium by weakly damped low-frequency acoustic signals in the range of tens to hundreds of Hertz. The provision in the inventive method of early detection and location of sources of geophysical and hydrophysical waves generated by hydrocarbon deposits, as well as precursors of earthquakes, is achieved through measuring technologies of translucent sonar and the implementation of the laws of nonlinear interaction of waves of various physical nature in it, which is theoretically justified and confirmed by marine experiments.
Обнаружение и идентификация геофизических волн, а также их принадлежность к характерным углеводородным залежам производятся на основе обобщенных спектральных характеристик и их пространственно-временной динамики, которые получают в местах действующих нефтедобывающих скважин.The detection and identification of geophysical waves, as well as their belonging to the characteristic hydrocarbon deposits, is carried out on the basis of generalized spectral characteristics and their spatio-temporal dynamics, which are obtained at the sites of existing oil producing wells.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013130197/28A RU2536837C1 (en) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013130197/28A RU2536837C1 (en) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2536837C1 true RU2536837C1 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013130197/28A RU2536837C1 (en) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536837C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593625C2 (en) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method of transmitting information waves from sea medium into atmosphere and back |
RU2697719C1 (en) * | 2018-12-25 | 2019-08-19 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Marine monitoring system with programmable neuron network control system |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3715711A (en) * | 1970-09-14 | 1973-02-06 | Dynamics Corp Massa Div | High power,low frequency underwater transducer array |
EP0219340A2 (en) * | 1985-10-14 | 1987-04-22 | Gec Avionics Limited | Acoustic direction finder for use as an active responder |
RU2452040C1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
RU2452041C1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
RU2453930C1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-06-20 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method of parametric reception of waves of different physical origin in sea medium |
RU2472236C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-01-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method of transmitting information waves in marine environment |
RU2474794C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-02-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
-
2013
- 2013-07-01 RU RU2013130197/28A patent/RU2536837C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3715711A (en) * | 1970-09-14 | 1973-02-06 | Dynamics Corp Massa Div | High power,low frequency underwater transducer array |
EP0219340A2 (en) * | 1985-10-14 | 1987-04-22 | Gec Avionics Limited | Acoustic direction finder for use as an active responder |
RU2452040C1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
RU2452041C1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
RU2453930C1 (en) * | 2010-10-11 | 2012-06-20 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method of parametric reception of waves of different physical origin in sea medium |
RU2472236C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-01-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method of transmitting information waves in marine environment |
RU2474794C1 (en) * | 2011-06-15 | 2013-02-10 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593625C2 (en) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method of transmitting information waves from sea medium into atmosphere and back |
RU2697719C1 (en) * | 2018-12-25 | 2019-08-19 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Marine monitoring system with programmable neuron network control system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2536836C1 (en) | System for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
Saenger et al. | A passive seismic survey over a gas field: Analysis of low-frequency anomalies | |
Asten | On bias and noise in passive seismic data from finite circular array data processed using SPAC methods | |
Le Feuvre et al. | Passive multi-channel analysis of surface waves with cross-correlations and beamforming. Application to a sea dike | |
RU2394256C2 (en) | Electromagnetic prospecting of hydrocarbons in small sea | |
RU2620785C1 (en) | Method of determining the location of the microseismic focus | |
RU2550588C1 (en) | Method of formation of parametric antenna in marine conditions | |
EA026043B1 (en) | Method of seismic exploration | |
RU2349935C2 (en) | Electromagnetic data processing method and device | |
RU2602763C2 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment | |
CN101258422A (en) | Method for performing controlled source electromagnetic surveying with multiple transmitters | |
RU2433425C2 (en) | Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method | |
RU2452041C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
RU2453930C1 (en) | Method of parametric reception of waves of different physical origin in sea medium | |
Licciardi et al. | Sedimentary basin exploration with receiver functions: seismic structure and anisotropy of the Dublin Basin (Ireland) | |
Burov et al. | Selection of modes from a shallow-water noise field by single bottom hydrophones for passive tomography purposes | |
RU2452040C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
Presnov et al. | Tomographic estimation of waterbody parameters in the presence of ice cover using seismoacoustic sources | |
RU2536837C1 (en) | Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
RU2434250C1 (en) | Method of detecting seismic signals on sea area when searching for underwater deposits of hydrocarbons | |
RU2474794C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
RU2424538C1 (en) | Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel | |
RU2646528C1 (en) | Method of searching for mineral resources on the shelf of seas coated by ice | |
RU2624607C1 (en) | Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment | |
Sobisevich et al. | Fundamentals of Passive Seismohydroacoustic Methods for Arctic Shelf Investigation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180702 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191205 |