Влияние Допплеровского эффекта на сейсмоакустические исследования и геологическую интерпретацию геофизических данных

Мамедов Фарман Новруз оглы,

соискатель Нефтяной Академии Азербайджана.

Проведение непрерывных сейсмоакустических профилирований в морс­­ких условиях имеет свои особенности и трудности. Достаточно много параметров, таких как погодные условия, морская флуктуация, стратиграфические структура и неоднородности морской воды и геологических пластов и т.д. влияет на геофизические исследования [1, с.442-452]. Однако учитывать десятки перечисленных параметров во время обработки и интерпретации сейсмоакустических данных очень сложно, а влияние некоторых - прак­ти­чес­кие невозможно. Одним из этих параметров является Допплеровский эффект, явление которого несомненно во время проведение морских работ (рис.1).

Рис. 1. Проведение непрерывных сейсмоакустических профилирований в морских условиях.

Влияние Допплеровского эффекта особенно ярко выражается на глубо­кой час­­ти моря. Учитывая максимальную глубину Каспийского моря для ус­та­­нов­­ки стационарных платформ не более 150 метров Допплеровский эф­фект ак­туален для выполняемых работ. Как изображено на рис.1 сейсмо­акус­ти­чес­кий излучатель и приемная касса, спускаемая с борта исследовательского судна, находятся в воде на расстоянии нескольких десятков метров друг от друга, а также от судна. Для выбора устойчивых участков для стационарных соору­же­ний необходимо исследование морского дна до 100-200 метров в глубину зем­ной по­верхности, хотя сейсмоакустический комплекс позволяет геофи­зические ис­следования до 700 метров в глубину.

Рис. 2. Сейсмоакустическая трасса и часть распознанного профиля.

            Сейсмоакустический профиль состоит из совокупности сейсмоакусти­чес­­ких трасс и для изучения влияния Допплеровского эффекта необходим спектральный анализ трасс в отдельности и профиля в целом. Каждая трасса ха­рактеризуется в частности следующими параметрами: амплитуда, частота и дисперция точек, составляюших трасс. Однако каждая трасса тоже харак­тери­­зуется своими функцией принадлежности и степенью дискрет­ности [2, с.272-286]. Спектральный анализ сейсмоакустических трасс и профилей зависимы друг от друга и Допплеровский эффект в основном влияет на частоты, дисперцию и функциииональной кривой трасс составляющей профиля. На рис. 2 показано сейсмоакустическая трасса и часть распознанного про­филя, состоящие из множества трасс. Влияние Допплеровского эффекта на гео­фи­зические исследования и обработка данных не достаточно изучена и эта тема актуальна для геологической интерпретации данных. Под действием си­лы тяжести и буксируемой силы судна сейсмоакустического излучателя и прием­ная коса двигается вертикально в воде, в результате чего Допплеровский эффект, который влияет на обработку и интерпретацию гефизической инфор­мации. Частоты источника сейсмоакустических волн отметим f_0, тогда после влияния Допплеровского эффекта получим искаженную частоты f:

                                                                                                                      ₍₁₎

где, - скорость распространения акустических волн в неоднородном прос­тран­стве, соответственно  и  - скорость источника и приемника. Для оценки влияния Допплеровского эффекта на скорость распрос­тра­не­ния сейсмоакустических волн рассмотрим создание математической мо­дели с использованием функции Фурье.

                                                 (2)

            Результаты проводимого спектрального анализа и анализ данных полу­ченной математической модели показывает, что изменение частоты и длина волн сейсмоакустических сигналов влияет на дисперсию и амплитуду фун­к­ции принадлежности трассе, в которой можно видеть интерпретации геофи­зических информаций [4, с. 382-414]. Изменение отражается таким образом; если длина волн увеличивается, то в ответ на это пропорцианально увели­чи­вается амплитуда трасс, а дисперция точек уменшается. При уменьшении дли­ны распространяемых волн амплитуды трасс уменьшаются, а дисперция точек увеличивается [2, с. 357-361]. Для построения математической мо­дели, как показано на рис.3, используются волновые уровнения, функции скорости распросранения и ускорения выражаются таким образом:

                                              (5а)

                                            (5б)

                                                             (5в)

 Где, А-амплитуда волн (м), Т=1/f –период, f=1/Т –частота (гц),  скорость распространения (м/с), -длина (м),  - волновое значение (1/м), -частота (рад/с).

            Результаты вычисления этой модели показывает что, если частоты из­лу­чателя будет 440гц, и скорость движение источника 20 м/с при 20 С⁰ тем­пе­ратуре после влияния Допплеровского эффекта частота волн изменяется в пределах 410-465гц частотного диапазона [1. с. 174-186]. При этом скорость распространения акустической волны считается 345м/с. учитывая Доппле­ров­ский эффект распространение вольновой энергии и сила акустической ис­точ­­ника меняется так, что течение одного периода энргии волн пере­мещается на расстояний длины волн:

                                      (6)

где, - коофициент который характеризуется массой на единицу переме­ще­ния длина волн (грам/м) [5, с. 52-60]. Используя выражение (6) можно определит скорость распространения сейсмоакустических волн в зависимости от мощ­­ности источника, перемещение длина волн, амплитуды и частоты акус­ти­ческого сигнала. Результаты этих вычислений показаны таблице 1.

Таблица 1.

Необходимо отметить, что скорость распространения акустических волн в дистиллированный воде - 1490 м/с, морской воде - 1530м/с. Во время геофизических исследований и течение обработки и интерпретации дан­ных очень важно знать скорость распространения сейсмоакустических волн в однородных породах. Эта скорость оценивается 260-450 м/с в карбо­во­до­родных месторождениях или выявленных виде геологических нарушений так называемая «Газовых карманов».

Литература

1.                   Акустика дна океана под редакцией У.Купермана и Ф.Енсена перевод с английского // Москва, «Мир», 1984

2.                   К.Клей, Г.Медвин, «Акустическая океанография» // Изд. «Мир» // Москва, 1980

3.                   Подводная акустика и обработка сигналов под ред. Л.Бьерне перевод с английского // «Мир». Москва, 1985

 4. Справочник по гидроакустике А.П. Евтютов, А.Е.Колесников, Е.А.Ко­пенин и др., Ленинград, //«Судостроение», 1988

 5. Ф.Н.Мамедов, Диссертационная работа // «Повышение эффективности

 обмена оперативно-технологический информации при сейсмоакустическом профилировании», Баку 2008.

 6. en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect.

Поступила в редакцию 19.06.2009 г.