RU2503037C1 - Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom - Google Patents

Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom Download PDF

Info

Publication number
RU2503037C1
RU2503037C1 RU2012114282/28A RU2012114282A RU2503037C1 RU 2503037 C1 RU2503037 C1 RU 2503037C1 RU 2012114282/28 A RU2012114282/28 A RU 2012114282/28A RU 2012114282 A RU2012114282 A RU 2012114282A RU 2503037 C1 RU2503037 C1 RU 2503037C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
receiver
propagation
geological structure
data
Prior art date
Application number
RU2012114282/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012114282A (en
Inventor
Нина Владимировна Астахова
Виктор Михайлович Добрянский
Олег Анатольевич Колигаев
Сергей Олегович Колигаев
Александр Борисович Крайнов
Ростислав Викторович Лобов
Анатолий Андреевич Шикалов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Атолл"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Атолл" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Атолл"
Priority to RU2012114282/28A priority Critical patent/RU2503037C1/en
Publication of RU2012114282A publication Critical patent/RU2012114282A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503037C1 publication Critical patent/RU2503037C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: parameters of bottom sediments are obtained based on experimental measurements of the spatial interference structure of an acoustic field in a given area and subsequent comparison thereof with results of solving a wave equation with given boundaries, parameters of which vary within a given range during mathematical estimations. Bottom parameters are obtained as a result of the best match of experimental data with data of the solution of the wave equation.
EFFECT: high accuracy of probing data.

Description

Для создания различного рода морских сооружений (добывающих платформ, трубопроводов, причалов) необходимо знать структуру и параметры донных осадков в местах их предполагаемого размещения. Как правило, структуру донных осадков получают путем пробного бурения на глубину донных осадков до нескольких десятков метров. Само бурение достаточно трудоемко и требует материальных и временных затрат.To create various kinds of offshore structures (mining platforms, pipelines, moorings), it is necessary to know the structure and parameters of bottom sediments in the places of their intended location. As a rule, the structure of bottom sediments is obtained by trial drilling to a depth of bottom sediments of up to several tens of meters. Drilling itself is quite laborious and requires material and time costs.

Характеристики геологической структуры верхних слоев дна, такие как плотность и жесткость грунта, можно получить акустическими методами путем измерения уровня отражения звуковой энергии от донных осадков путем направленного излучения и приема импульсных сигналов.The characteristics of the geological structure of the upper layers of the bottom, such as the density and stiffness of the soil, can be obtained by acoustic methods by measuring the reflection level of sound energy from bottom sediments by directing radiation and receiving pulsed signals.

Для увеличения глубины проникновения звуковой энергии в грунт необходимо использовать, как можно более низкие частоты от единиц до десятков Герц. Создать направленный излучатель для такого диапазона частот достаточно сложно, так как он должен иметь размеры больше, чем длина волны, а это несколько десятков метров.To increase the depth of penetration of sound energy into the soil, it is necessary to use as low as possible frequencies from units to tens of Hertz. Creating a directional emitter for such a frequency range is quite difficult, since it must have dimensions larger than the wavelength, and this is several tens of meters.

В тоже время характеристики звукового поля в воде по пространству на этих частотах даже при непрерывном точечном излучении определяются характеристиками донных осадков, так что путем измерения интерференционной структуры звукового поля в водном пространстве можно оценить характеристики слоистой структуры дна (количество слоев, размеры, плотность и жесткость каждого слоя). Сама же интерференционная структура поля в водном слое для низких частот определяется суммой так называемых нормальных волн (А.П. Сташкевич «Акустика моря», издательство «Судостроение», Ленинград, 1966 г.).At the same time, the spatial characteristics of the sound field in water at these frequencies, even with continuous point radiation, are determined by the characteristics of bottom sediments, so that by measuring the interference structure of the sound field in the water space, it is possible to evaluate the characteristics of the layered structure of the bottom (number of layers, sizes, density and stiffness of each layer). The very interference structure of the field in the water layer for low frequencies is determined by the sum of the so-called normal waves (A.P. Stashkevich, “Acoustics of the Sea”, “Sudostroenie” publishing house, Leningrad, 1966).

Параметры нормальных волн (скорость распространения, амплитуда и затухание) можно определить, расположив излучатель и приемник на некотором расстоянии друг от друга в водной среде и последующем равномерном изменении между ними расстояния путем буксировки излучателя или приемника по горизонтали.The parameters of normal waves (propagation velocity, amplitude and attenuation) can be determined by positioning the emitter and receiver at a certain distance from each other in the aquatic environment and the subsequent uniform change in the distance between them by towing the emitter or receiver horizontally.

Приемник постоянно регистрирует изменяющуюся интерференционную структуру волнового поля в среде, по которой с помощью известных алгоритмов выделяют параметры нормальных волн акустического поля, такие как скорость распространения, амплитуда и затухание.The receiver constantly records the changing interference structure of the wave field in the medium, according to which, using known algorithms, parameters of normal waves of the acoustic field, such as propagation velocity, amplitude and attenuation, are extracted.

Затем решают волновое уравнение с граничными условиями, задавая в виде границы параметры нескольких лежащих друг на друге слоев дна, таких как толщина слоя, его плотность, скорость распространения и затухания в них звука. В результате решения волнового уравнения получают параметры нормальных волн. Эти параметры сравнивают с параметрами, полученными в эксперименте. Параметры геологической структуры дна получают при наилучшем совпадении экспериментальных данных с данными расчетов при вариации в них параметров дна.Then they solve the wave equation with boundary conditions, setting the parameters of several layers of the bottom lying on each other as a boundary, such as the thickness of the layer, its density, the speed of propagation and attenuation of sound in them. As a result of solving the wave equation, the parameters of normal waves are obtained. These parameters are compared with the parameters obtained in the experiment. The parameters of the geological structure of the bottom are obtained with the best agreement between the experimental data and the calculation data when the bottom parameters are varied in them.

Изменение расстояния Δr между излучателем и приемником должно быть таким, чтобы на нем укладывался один период интерференционной структуры звукового поля для заданной частоты излучения. Это условие должно удовлетворять следующему соотношениюThe change in the distance Δr between the emitter and the receiver should be such that it fits one period of the interference structure of the sound field for a given radiation frequency. This condition must satisfy the following relation

Δ r > 1 f C г C в C г C в

Figure 00000001
, Δ r > one f C g C at C g - C at
Figure 00000001
,

где f - частота излучения, Cг - наименьшая предполагаемая скорость распространения звука в грунте дна, Cв - скорость распространения сигнала в воде.where f is the radiation frequency, C g is the smallest estimated speed of sound propagation in the bottom soil, C in is the signal propagation speed in water.

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ №2392643.1. RF patent No. 2392643.

2. Патент РФ №2072535.2. RF patent No. 2072535.

3. Патент РФ №2072534.3. RF patent No. 2072534.

Claims (2)

1. Способ оценки геологической структуры верхних слоев дна по измерению параметров распространения низкочастотных акустических сигналов в морской среде, связанный с излучением и приемом акустических гармонических колебаний в водной среде, отличающийся тем, что, с целью получения данных о геологической структуре донных осадков и их параметрах, производят излучение в водную среду акустического сигнала и его прием на некотором расстоянии от источника по горизонтали, которое постоянно равномерно меняется во времени по линии, соединяющей по горизонтали источник и приемник так, что приемник постоянно регистрирует изменяющуюся интерференционную структуру волнового поля в среде, по которой с помощью известных алгоритмов выделяют параметры нормальных волн акустического поля, такие как фазовая скорость распространения, амплитуда и затухание, а затем решают волновое уравнение с граничными условиями, задавая в виде границы параметры нескольких лежащих друг на друге слоев, таких как толщина слоя, его плотность, скорость распространения и затухания звука, результаты расчетов в виде параметров нормальных волн сравнивают с данными экспериментальных результатов, постоянно меняя значения параметров слоев при расчетах, параметры геологической структуры верхних осадков дна получают при наилучшем совпадении данных расчетов с экспериментальными результатами.1. A method for assessing the geological structure of the upper layers of the bottom by measuring the propagation parameters of low-frequency acoustic signals in the marine environment, associated with the emission and reception of acoustic harmonic vibrations in the aquatic environment, characterized in that, in order to obtain data on the geological structure of bottom sediments and their parameters, produce an acoustic signal into the aquatic environment and receive it at a certain horizontal distance from the source, which constantly varies uniformly in time along the line connecting horizontally the source and the receiver so that the receiver constantly records the changing interference structure of the wave field in the medium, according to which, using known algorithms, the parameters of normal waves of the acoustic field, such as the phase propagation velocity, amplitude and attenuation, are extracted and then the wave equation with boundary conditions is solved by setting in the form of a boundary the parameters of several layers lying on each other, such as the layer thickness, its density, the speed of propagation and attenuation of sound, the calculation results in the form of the parameters of normal waves is compared with the data of the experimental results, constantly changing the values of the parameters of the layers in the calculations, the parameters of the geological structure of the upper sediments of the bottom are obtained with the best coincidence of the calculation data with the experimental results. 2. Способ оценки геологической структуры верхних слоев дна по п.1, отличающийся тем, что изменение расстояния между излучателем и приемником происходит либо при буксировке излучателя с равномерной скоростью с неподвижным приемником, либо буксировке приемника с неподвижным излучателем, при этом величина изменения расстояния Δr между ними должна удовлетворять неравенству
Δ r > 1 f C г C в C г C в
Figure 00000001
,
где f - частота излучения, Cг - наименьшая предполагаемая скорость распространения звука в грунте дна, Cв - скорость распространения сигнала в воде.
2. The method for assessing the geological structure of the upper layers of the bottom according to claim 1, characterized in that the distance between the emitter and the receiver changes either when the emitter is towed at a uniform speed with a stationary receiver, or when the receiver is towed with a fixed emitter, and the distance Δr between they must satisfy inequality
Δ r > one f C g C at C g - C at
Figure 00000001
,
where f is the radiation frequency, C g is the smallest estimated speed of sound propagation in the bottom soil, C in is the signal propagation speed in water.
RU2012114282/28A 2012-04-12 2012-04-12 Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom RU2503037C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114282/28A RU2503037C1 (en) 2012-04-12 2012-04-12 Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114282/28A RU2503037C1 (en) 2012-04-12 2012-04-12 Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012114282A RU2012114282A (en) 2013-10-20
RU2503037C1 true RU2503037C1 (en) 2013-12-27

Family

ID=49356910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012114282/28A RU2503037C1 (en) 2012-04-12 2012-04-12 Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503037C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4970697A (en) * 1989-10-06 1990-11-13 Amoco Corporation Vertical marine seismic array
RU2072534C1 (en) * 1992-04-16 1997-01-27 Алексей Александрович Архипов Method and device for naval polarized seismic survey
RU2246122C1 (en) * 2003-05-15 2005-02-10 Савостина Татьяна Леонидовна Method of naval multiwave multicomponent seismic prospecting
RU2279696C1 (en) * 2005-04-18 2006-07-10 Александр Александрович Парамонов Naval polarization seismic prospecting method
EP0923745B1 (en) * 1996-09-04 2008-02-27 Exxonmobil Upstream Research Company Method for reconstructing seismic wavefields
US20080106971A1 (en) * 2006-07-19 2008-05-08 Bin Wang Method of subsalt velocity analysis by combining wave equation based redatuming and kirchhoff based migration velocity analysis

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4970697A (en) * 1989-10-06 1990-11-13 Amoco Corporation Vertical marine seismic array
RU2072534C1 (en) * 1992-04-16 1997-01-27 Алексей Александрович Архипов Method and device for naval polarized seismic survey
EP0923745B1 (en) * 1996-09-04 2008-02-27 Exxonmobil Upstream Research Company Method for reconstructing seismic wavefields
RU2246122C1 (en) * 2003-05-15 2005-02-10 Савостина Татьяна Леонидовна Method of naval multiwave multicomponent seismic prospecting
RU2279696C1 (en) * 2005-04-18 2006-07-10 Александр Александрович Парамонов Naval polarization seismic prospecting method
US20080106971A1 (en) * 2006-07-19 2008-05-08 Bin Wang Method of subsalt velocity analysis by combining wave equation based redatuming and kirchhoff based migration velocity analysis

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012114282A (en) 2013-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106154276B (en) Deep seafloor parameter inversion method based on bottom reverberation and propagation loss
Liu et al. Correlations between the in situ acoustic properties and geotechnical parameters of sediments in the Yellow Sea, China
CA2798683C (en) Method and device for managing the acoustic performances of a network of acoustic nodes arranged along towed acoustic linear antennas
Duncan et al. Characteristics of sound propagation in shallow water over an elastic seabed with a thin cap-rock layer
CN104820218A (en) Shallow sea seabed single parameter inversion method based on frequency domain autocorrelation
Hou et al. Tests of new in-situ seabed acoustic measurement system in Qingdao
Holland et al. Mid frequency shallow water fine-grained sediment attenuation measurements
RU2541435C1 (en) Method of determining iceberg immersion
Balk et al. Surface-induced errors in target strength and position estimates during horizontal acoustic surveys.
Rutenko et al. A method for estimating the characteristics of acoustic pulses recorded on the sakhalin shelf for multivariate analysis of their effect on the behavior of gray whales
RU2503037C1 (en) Method of evaluating geologic structure of top layers of bottom
Matthews et al. Comparing modeled and measured sound levels from a seismic survey in the Canadian Beaufort Sea
Gavrilov Propagation of underwater noise from an offshore seismic survey in Australia to Antarctica: measurements and modelling
Son et al. Measurements of Monostatic Bottom Backscattering Strengths in Shallow Water of the Yellow Sea
Robinson et al. Underwater noise generated from marine piling
de Jong et al. Wozep–WP2: Update of the Aquarius models for marine pile driving sound predictions
RU2452979C1 (en) Method of measuring distance to monitored facility
Pecknold et al. Measurements and modeling of transmission loss variability in Barrow Strait
Leighton et al. Acoustic propagation in gassy intertidal marine sediments: An experimental study
Manik Measuring acoustic backscattering strength of underwater target using high frequency sonar
Reeder et al. Walking on snow-covered Arctic sea ice to infer ice thickness
Grinyuk et al. Experimental study of mode selection in shallow-water sea
Crawford et al. Development of a sound propagation model to monitor seismic survey noise in Irish waters
Tarasov et al. Nonlinear acoustics methods in the investigations of elastic wave interactions in the ocean
Potty et al. Interface wave sediment profiler: A measurement system for shear wave speed

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20151028

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160413

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190201