WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |

Обнаруживается также сходство литологии и физических свойств одновозрастных морских осадочных отложений позднего мезозоя и кайнозоя континентальных и океанических платформ. Это свидетельствует о единстве состава земного вещества, мобилизуемого в мелководные эпиконтинентальные моря и глубоководные котловины океана и общности процессов его последующей консолидации.

Петрофизическая модель акустического фундамента По данным бурения и драгирования (Initial Rep.of the DSDP, 1969–1985). Фундамент повсеместно сложен базальтовыми породами или их петрографическими разновидностями. Возраст его поверхностных лавовых потоков закономерно возрастает от неогенчетвертичного в гребневой зоне Срединного хребта до раннемелового–позднеюрского – близ основания материкового склона. В зависимости от вторичных изменений и выветрелости в поверхностном слое базальтов наблюдаются значительные вариации физических характеристик, плотность меняется от 1,89 до 3,0 г/см3, скорость звука от 2,1 до 6,4 км/с, пористость — в пределах 13—20%, влажность 13—31%. Магматические породы, не подвергшиеся этим изменениям, характеризуются практически не изменяющимися с глубиной (до 585 м) физическими свойствами. Пилообразный же характер колебаний некоторых параметров обусловлен присутствием слоев осадочных и брекчированных пород, сильно выветрелых базальтов. Преобладающие значения скорости продольных волн в акустическом фундаменте лежат в интервале 5,3—5,8 км/с, среднее равно 4,67±0,км/с. Для островных базальтов оно несколько ниже - 3,46±0,10 км/с (Гайнанов, Гусев, Орленок, 1977). Преобладающие значения плотности 2,7—2,9 г/см3, среднее — 2,63±0,06 г/см3. Среднее значение пористости океанических базальтов равно 15,6±3,2%, влажности — 3,2%. Наибольшей намагниченностью обладают массивные и пиллоу-базальты (до 10 А/м), наименьшей (0—1 А/м) — выветрелые магматические и ультраосновные породы. Преобладающие значения остаточной намагниченности для океанических базальтов акустического фундамента лежат в пределах 2—5 А/м, магнитной восприимчивости 0–310-3 СГС. Фактор Q всегда больше единицы (Q=1—73).

С глубиной все параметры I, Q меняются случайно, отражая колебания содержания ферромагнитных минералов или степень вторичных изменений базальтовых и вмещающих осадочных пород.

Таблица V.Обобщенная петрофизическая модель осадочной толщи Атлантического океана Горизонты, м Возраст V, км/с z, W,% n, %, м-R _, 10-6 I, А/м A, %, г/смСГС кмс/см3г Додиагенетический комплекс 1–3 м Q 1,52 1,48 2,24 53 73 13 0,17 100 - 0–2,до 10 м - 1,52 1,53 2,32 46 68 - - - - до 200 м Q-N 1,55 1,57 2,43 45 65 - - - - 3,Средние 0–200 м - 1,53 1,53 2,34 48 68 13 0,17 100 - 3,Диагенетический комплекс 200–600 м P-K 2,04 1,90 3,87 27 46 - - 2,510-3 - до 1500 м P-I3 2,56 2,18 4,47 18 24 - - - - Средние 200–1500 м - 2,30 2,04 4,17 22 35 - - 7,2,510-3 - Отмечена циркумконтинентальная зональность в изменении физических свойств базальтов — более молодые породы Срединного хребта имеют большую плотность, скорость, намагниченность, чем более древние базальты котловин и континентальной периферии. Наряду с границами вода-дно и диагенеза поверхность акустического фундамента представляет собой третий наиболее резкий петрофизический раздел, обусловленный сменой пород осадочного разреза на магматические. Петрофизические характеристики этого третьего геофизического раздела ввиду слабой изменчивости параметров с глубиной в неизмененных базальтах измеренные по верхним лавовым потокам, с небольшой погрешностью могут быть приняты и для всей толщи плато базальтового акустического фундамента, мощность которого по сейсмическим данным не превышает 1—км.

Регрессионный анализ петрофизических характеристик морских осадков Всего проанализировано 950 образцов грунта Атлантического океана, которые были сгруппированы в 14 петрофизических моделях. Уравнения регрессии, представленные в таблице V.14, сгруппированы по тому же принципу, что и статистические модели (т.е. по геоморфологии и вещественно-генетическим типам осадков).

Для анализа использовались лишь те уравнения регрессии, где коэффициент корреляции ( r) cоставляются более 0,750. В отдельных случаях приведены уравнения с r = 0,700—0,750, но их достоверность более низкая. Для каждой пары петрофизических параметров составлялись и рассчитывались на ЭВМ пять наиболее характерных уравнений регрессии (линейное и нелинейное), типа:

1. y = B0 + B1x 2. y = B0 + B1 ln x 3. y = + B1x B4. y = B0eB x 5. y = B0 + B1xЗатем по наименьшему среднеквадратичному отклонению выбиралось самое достоверное уравнение регрессии, при этом значение среднеквадратичного отклонения не превышало 10% от среднего значения y.

Таблица V.Уравнения регрессии для петрофизических параметров донных осадков Атлантического океана Литология Петро- N* r** СКО*** Уравнения регрессии физ.

характеристики Шельфы Терригенные c, z 21 0,867 0,268 z=0,376+5,092lnN 21 0,920 0,, z z=0,637e0, 21 0,797 0,, R R=0,033e1,z, R 21 0,907 0,035 R=0,139z-0,W, n 14 -0,782 2,542 n = 0,018 - 0,00009W Терригенные 50 0,883 0,, z z=1,143+2,881ln песчанистые илы 24 -0,865 4,170, W W = 0,029 - 0, 54 0,785 0,030 R=0,056+0,, R z, W 10 -0,886 6,017 W = 0017z -,, z, R 50 0,802 0,029 R=0,302lnz-0,W, R 12 -0,822 0,003 R=0,456-0,005W Терригенные 88 0,816 0,, z z=0,732e0,глинистые илы Подводные возвышенности Терригенные 37 0,766 0,, z z=1,256+2,809ln пески 65 -0,762 5,, W W=67,054-59,054ln 60 -0,756 2,, n n=92,811-14,z, R 34 0,771 0,027 R=0,337-0,030lnz W, n 59 0,821 2,018 n=54,776+0,363W Терригенные z, R 31 0,754 0,106 R=0,089+0,026zпесчанистые илы W, n 32 0,832 1,780 n=30,900+10,420lnW 11 0,915 0,, z z=1,219+2,599ln 12 -0,772 4,, W W=106,789-130,448ln 12 -0,824 1,, n n=116,603-29,z, W 10 -0,789 4,871 W = 0019z -,, z, R 10 0,750 0,016 R=0,219z-0,W, n 12 0,801 1,368 n=17,489+13,818lnW Карбонатные 90 0,906 0,, z z=1,773-0,песчанистые илы 97 -0,750 3,, W W=107,984-41,z, W 86 -0,757 3,736 W=95,351-22,006z z, R 90 0,838 0,0002 R=0,126z-0,c, z 90 0,722 0,133 z=2,719c-1, 97 0,727 0,, R R=0,207-0, 14 0,703 0,, =2,058ln-1,Карбонатные 38 0,878 0,, z z=0,119+1,пески 49 -0,820 3,990, n n = 0010 -,, 51 -0,700 4,753, W W = 0,022 - 9,z, W 37 -0,717 4,589 W = 0017z -,, Карбонатные 39 0,960 0,, z z=0,052+1,глинистые илы 49 -0,753 0,573, W R = 0,026 - 0, 38 0,937 0,, R R=0,299-0,z, W 31 -0,798 4,938 W=320,956e-0,854z z, R 38 0,960 0,008 R=0,455lnz-0,W, R 30 -0,757 0,024 R=0,735-0,143lnW 18 0,706 0,n, =1,096lnn-2,Котловины Карбонатные 133 0,843 0,, z z=0,047+1,песчанистые илы Кремнистые мало данных глинистые илы Карбонатные c, z 38 0,843 0,213 z=3,519c-2,пески c, R 38 0,843 0,036 R=0,982lnc-0, 38 0,927 0,, z z=2,185-0, 38 0,904 0,, R R=0,634ln-0,z, W 18 -0,758 4,624 W=80,173-16,255z z, R 38 0,982 0,010 R=0,474lnz-0,W, R 18 -0,475 0,037 R = 0,851+ 0,091W n, R 10 -0,717 0,035 R=0,503-0,004n Карбонатные 123 0,965 0,, z z=0,810e0,глинистые илы 63 -0,813 5,, W W=86,484-94,31ln 119 -0,833 3,, n n=144,048-48, 124 0,832 0,, R R=0,257-0,z, W 53 -0,828 5,603 W=296,298e-0,808z z, n 104 -0,801 3,397 n=125,591-64,938lnz z, R 123 0,850 0,017 R=0,367lnz-0,W, n 52 0,878 3,424 n=35,28lnW-63,W, R 54 -0,783 0,027 R=0,844-0,175lnW n, R 105 -0,723 0,0207 R=0,447-0,004n Полигенные 25 -0,773 2,411, n n = красные глины 0011 -,, 49 0,816 0,062, z z = 093 -,, W, n 24 0,767 2,425 n=45,269lnW-103,z, n 25 -0,702 2,715 n=124,029-23,023z Примечания. * N — количество образцов. **r — коэффициент корреляции. В линейных зависимостях r — коэффициент корреляции между исходными рядами. В нелинейном случае r — коэффициент корреляции между модифицированными (преобразованными) рядами. Он показывает есть ли линейная связь между этими рядами. ***СКО — среднее квадратичное отклонение.

В заключение приведем для сравнения обобщенные петрофизические модели осадков Индийского и Тихого океанов (Орленок, Шурко, Ильин, 1987), свидетельствующие об общности процессов океанического седиментогенеза в сходных геоморфологических провинциях дна.

Таблица V.14а Петрофизическая модель осадков Горизонт, Преоблада- Скорость Плотность, Влажность, Пористость, м ющий воз- звука, г/см3 % % раст км/с Атлантический океан 1–3 Q 1,52 1,48 53 До 10 Q–N 1,52 1,53 46 До 200 Q–N 1,55 1,57 45 200–600 N–P 2,04 1,90 27 До 1500 K2–I3 2,56 2,18 18 Индийский океан 0–5 Q 1,44 1,44 49 5–10 Q4–Q1 1,54 1,51 53 10–200 Q1–N2 1,60 1,53 48 100–250 N2–P2 1,66 1,62 45 250–800 P2–I3 2,22 1,79 24 Таблица V.Петрофизика осадков Тихого океана Средняя Преоб- Плот- Скорость Влаж- ПорисТип отложений мощ- ладаю- ность, звука, ность, тость, ность щий г/см3 км/с % % возраст Карбонатный 0–292 Q–P3 1,58 1,63 41 Зона диагенеза 292–575 P3–K2 2,02 2,42 25 терригенно- 0–376 Q–N1 1,62 1,63 - карбонатный Зона диагенеза 376–899 N1–P3 1,98 2,12 - Терригенно- 0–415 Q–N1 1,63 1,62 42 кремнистый Зона диагенеза 415–807 N1–P3 2,12 2,49 23 Кремнисто- 0–345 Q–N1 - 1,52 38 карбонатный Зона диагенеза 345–437 N3 - 2,89 - Полигенный 0–356 N2–P3 1,40 1,67 - (глины) Зона диагенеза 356–799 P2–K2 1,90 2,31 18 Проведенные исследования позволяют предложить реальные петрофизические модели, являющиеся основой для расчета структуры волновых полей в глубоководных и мелководных районах бассейна Атлантического океана для различных геоморфологических провинций морского дна. Установление фундаментальной зависимости между коэффициентом отражения, импедансом и типом осадков открывает возможность дистанционного акустического определения литологии и гранулометрии грунтов на ходу судна.

Установленная консервативность по глубине ряда физических параметров в диагенетически неизмененной толще морских осадков открывает возможность распространить определяемые по грунтовым колонкам характеристики скорости и плотности на глубину до 200—300 м. Одновременно в пределах указанных глубин можно будет переходить от временных разрезов сейсмопрофилирования к разрезам мощности отдельных слоев с оценкой их поглощающих свойств.

Глава VI Дистанционно-акустические методы определения физических свойств и литологии морских осадков §1. Определение акустического импеданса, скорости звука и литологии по амплитудным коэффициентам отражения Накопленный нами за последние 25 лет экспедиционных работ банк данных о петрофизической структуре морских и океанских осадков (Орленок, 1984; Ильин, Орленок, Шурко, 1992; Орленок и др., 1993), частично приведенный в предыдущей главе, открывает возможность для обоснования новой методики дистанционноакустической идентификации донных осадков вдоль пути следования судна в реальном масштабе времени. Наилучшим образом для этой задачи подходит акустический импеданс, т.к. он является функцией наибольшего числа параметров (четырех значений плотности и скорости звука и коэффициент отражения), и, следовательно, больше всего удовлетворяет уравнению состояния (VI.1).

Методика основана на эмпирически установленной зависимости акустического импеданса от коэффициента отражения и литологии морских осадков в пределах первых нескольких метров от поверхности дна, откуда производился массовый отбор проб грунта (Орленок, 1984).

Для этой цели воспользуемся формулой Рэлея для нормального падения луча на границу вода–дно, полученной в главе III:

2c2 - 1cR = (VI.1) 2c2 + 1cИз нее нетрудно определить импеданс морских осадков z=2c2:

1+ R 2c2 = 1c1 (VI.2) 1- R Выражение (VI.2) позволяет по коэффициенту отражения R от границы вода–дно и импедансу морской воды z1=1c1 находить импеданс в поверхностном слое морских осадков. z1 определяется из гидрологических данных, по океанологическим таблицам или из атласов. Вычисления коэффициентов отражения можно производить по одно- и двукратно отраженному от дна импульсу эхолота 2 AII R = (VI.3) AI или по амплитуде прямого A0 и отраженного от дна A1 сигнала:

AR = e-2h (VI.4) AКоэффициентом поглощения на частотах работы эхолотов 10—кГц можно пренебречь, положив =AR = (VI.5) AДля уменьшения рассеивания акустической энергии вследствие геометрического расхождения необходимо использовать для этих целей узколучевые (100—300) высокочастотные (15—30 кГц) эхолоты.

Для целей сейсмоакустических исследований интерес представляет получение сведений о скоростях звука в донных осадках.

Из формулы Рэлея (VI.1) находим:

1c1 1 + R c2 =. (VI.6) 2 1- R Таким образом, скорости звука можно определять по амплитудным коэффициентам отражения от дна (VI.3 — VI.5). При этом величина 2 находится из зависимостей =f (R) по соответствующим регрессионным уравнениям или петрофизическим моделям, приведенным в главе V.

Опыт применения данной методики в Атлантическом и Индийском океанах показал хорошие результаты и большие возможности оперативного и практически непрерывного слежения за характеристиками грунта. При этом было установлено, что расхождение между значениями, с, определенными по колонкам и по коэффициенту отражения от эхо сигнала для песчаных и крупноалевритовых осадков, не превышает 3—5%, для мелких алевритов и пелитов — 6—10%. Это объясняется тем, что для акустически жесткой границы рефракция незначительна и рассчитываемый амплитудный коэффициент отражения характеризует самые верхние горизонты осадка (в пределах первых длин волн, т.е. 50—100 см), практически совпадающие с глубиной проникновения ударной трубки. В случае акустически мягких отложений эхо-сигнал проникает глубже забора трубки. Поэтому амплитудный коэффициент отражения в таких случаях характеризует не границу вода—дно, а осредненную (интегральную) характеристику всей прозвученной толщи. Отсюда получаемые величины R всегда выше, чем рассчитанные по керновым измерениям с использованием формулы Рэлея.

Изложенная методика определения скорости звука, импеданса, а через него и литологических типов донных осадков проста и доступна для массового применения на судах и подводных лодках для оперативного отслеживания физико-механических свойств грунтов.

§2. Определение скорости звука и акустического импеданса по спектральным коэффициентам отражения Впервые принципиальная возможность использования коэффициентов отражения от тонких слоев океанических осадков для определения акустического импеданса и скорости звука в них была показана нами в 1971 г. (Орленок, 1971), а материалы измерений были опубликованы в 1977 г. (Орленок, 1977). До этого времени скорость звука в осадках особенно глубоководного океана определялась исключительно по годографам отраженных и преломленных волн с использованием гидроакустических радиобуев, либо двух и более регистрирующих кораблей. Сведения об импедансе могли быть получены только из данных измерений по кернам осадочных пород, поднимаемых на борт судна с помощью грунтовых прямоточных трубок.

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.