В настоящее время основной комплекс геофизических методов, используемых в морских геологических исследованиях и геологоразведочных работах на нефть и газ, включает: гравиметрию, магнитометрию, сейсмометрию (в нескольких модификациях) и электрометрию. Сущность перечисленных методов, задачи и условия их применения кратко сводятся к следующему.

Гравиметрический метод применяют для выполнения гравиметрической съемки, которая заключается в фиксации изменения ускорений силы тяжести по сети пунктов, равномерно распределенных на площади исследований. Величина ускорения силы тяжести слагается из нормального ускорения, зависящего от общей массы и формы Земли, а также от географической широты точки наблюдения и аномального ускорения, зависящего от строения земной коры вблизи точки наблюдения. При гравиметрической съемке с геологическими задачами нормальное ускорение силы тяжести исключается из наблюденных величин и строения карты аномалий силы тяжести. С известным Упрощением можно сказать, что уровень аномалий силы тяжели зависит от глубины залегания плотных пород фундамента, причем прогибы фундамента выражаются минимумами, поднятия — максимумами. Морская гравиметрическая съемка в настоящее время проводится двумя способами: с помощью донных и набортных гравиметров.

Донно-гравиметрическая аппаратура конструктивно идентична образцам, применяемым на суше. В процессе донных гравиметрических измерений аппаратура размещается в герметичном контейнере (скафандре), опускаемом с борта судна на дно. Дистанционное управление донным гравиметром и регистрация его измерений осуществляются на судне при помощи кабельной связи. Высокая точность определения величины силы тяжести, по сравнению с точностью измерений на суше, определяет возможность использования метода донной гравиметрии при решении задач на стадии поисково-разведочных работ. Съемка донными гравиметрами отличается большой точностью измерений, она позволяет более детально выявить аномалии силы тяжести, а следовательно, и геологические структуры. Однако она характеризуется сравнительно низкой производительностью, особенно при глубинах моря более 50 м за счет большой продолжительности операции постановки судна на якорь, спуска и подъема гравиметра.

Усовершенствование донно-гравиметрической аппаратуры (типа ГДК и др.) направлено на повышение точности, производительности и глубинности измерений. В настоящее время уже применяют донные гравиметры с дистанционным управлением и телевизионным контролем рабочих операций. Находятся в разработке автоматические донные гравиметры, обеспечивающие автономное выполнение программы измерений на различных глубинах с последующим всплытием на поверхность акватории.

Съемка с набортными гравиметрами осуществляется при непрерывном движении судна, что приводит к высокой производительности, но сравнительно низкой точности. При съемке с набортными гравиметрами необходима наименьшая качка судна водоизмещением порядка 100 т, либо применение подводных лодок или аппаратов. При использовании донных или буксируемых гравиметров пригодны суда водоизмещением 80— 100 т при условии их высоких мореходных качеств. Следует иметь в виду, что при всех видах морской гравиметрической съемки на берегу (в месте доступном для высадки) должен находиться хотя бы один пункт с заранее определенной абсолютной величиной полного ускорения силы тяжести.

В настоящее время разработано несколько разновидностей набортных гравиметров различного типа (ГНГК-1, ГАК-ЖЗ, ГАЛИФЗ и др.). Развитие получают структурные методы измерения силы тяжести, получившие воплощение в комплексе аппаратуры «Магистр» (точность замеров которого ±0,5± ±1,5 мгал). Дальнейшее развитие набортной гравиметрической аппаратуры намечается по пути разработки способов и средств увеличения точности непрерывных измерений с аномальной погрешностью порядка ±0,1 ±0,5 мгал, которое может быть обеспечено разработкой высокоточных средств угловой и пространственной стабилизации (инерционные системы, оптические гироскопы, набортные и забортные успокоители, буксируемые устройства), а также разработкой новых разновидностей гравиметров и акселерометров с широким динамическим диапазоном и комбинированным показанием.

Магнитометрический метод исследований применяют для выполнения магнитной съемки, которая по своим геологическим задачам при поисках нефти и газа во многом сходна с гравиметрической, поскольку магнитные породы, создающие аномалии, связаны преимущественно с фундаментом. Совместное рассмотрение карт гравитационных и магнитных аномалий позволяет более достоверно выявить структуру фундамента, а следовательно, и более уверенно ориентировать постановку последующего основного метода сейсмических исследований. Магнитная съемка особенно эффективна для выявления разломов фундамента, которые, как правило, являются местами внедрения магматических магнитных пород и выделяются в магнитном поле в виде характерных полосовых аномалий. С точки зрения нефтяной геологии зоны крупных разломов фундамента представляют наибольший интерес. Вследствие повышенной подвижности земной коры в этих зонах в осадочном чехле особенно интенсивно формируются складки. Наряду с этим развитие разлома в фундаменте вызывает и развитие нарушений (трещин) в осадочных породах, что способствует притоку нефти и газа в структурные ловушки.

Результаты гидромагнитной съемки могут быть использованы:
а) при изучении геологического строения морского дна с оценкой мощности осадочной толщи, глубины расположения кристаллического фундамента, термических условий и т. д.);
б) для выявления и оконтуривания по физическим свойствам внутренних структур кристаллического фундамента;
в) для установления магнитных тел в осадочной толще и изучения подводных месторождений ферромагнитного состава

Наиболее высокопроизводительным и в то же время достаточно точным для целей морской нефтяной разведки является аэромагнитный метод съемки (с помощью самолетов ИЛ-2, ИЛ-12, ИЛ-14). Для повышения эффективности исследований желательно использование турбовинтовых самолетов типа АН-10 и ИЛ-18 при высоте полета 200—500 м. Другим видом магнитной съемки является съемка с помощью магнитометра, буксируемого за судном. Производительность этого способа меньше, чем аэромагнитной съемки, причем в этом варианте магнитная съемка может быть использована для определения контуров подводных россыпных месторождений магнитных руд (магнетита и ильменита).

В гидромагнитной разведке наибольшее распространение получили протонные и квантовые Т-магнитометры, размещаемые в буксируемых гондолах, причем феррозондовые магнитометры применяют в основном для измерения компонент, а маг-нитостатические — для донных измерений. Исследования указанными магнитометрами проводятся на ходу судна без разбивки опорной сети при минимальном количестве контрольных маршрутов. Производство протонных Т-магнитометров налажено в различных модификациях во многих странах. Процесс регистрации, первичной обработки и накапливания магнитометрических данных при разработке аппаратуры решается путем возможности подключения ее в судовые или стационарные ЭВМ, а также подключением магнитометрической аппаратуры к бортовым системам сбора и накопления геофизической информации. В ближайшей перспективе стоят задачи резкого повышения точности гидромагнитных измерений, разработки аппаратуры для придонной съемки на регулируемом расстоянии от дна, создания полностью автоматизированной системы обработки и интерпретации магнитометрических данных на борту судна, и т. д.

Наибольшее практическое применение при поисках и разведке нефти и газа в морях и океанах имеет, как известно, сейсмический метод в основных его модификациях:
— глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) и метод преломленных волн (МПВ), основанные на прослеживании так называемых волн преломления (или головных волн), которые дают возможность изучить рельеф поверхности фундамента и даже более глубоких границ. Существующая в настоящее время методика проведения морских исследований МПВ-ГСЗ требует одновременной работы нескольких судов, пока еще мало производительна и не отработана в технологическом отношении;
— сейсморазведка методов MOB (метод отраженных волн) стала высокоэффективным важнейшим способом исследований нефтегазоносных структур, использующим отражения ударной волны от поверхности раздела между различными средами. Структурные построения в сейсморазведке получаются в результате решения кинематической задачи определения глубины залегания преломляющих и отражающих границ на основе сведений о времени прихода преломленных или отраженных волн в точке приема и скорости распространения их в изучаемых средах. Изменения формы сейсмических сигналов и исследование их спектрального состава дают сведения о физических свойствах и об особенностях среды (поглощение, отражение и т. д.). Основным поисково-разведочным методом морской сейсморазведки является MOB в различных его модификациях— непрерывное сейсмическое профилирование (НСП), метод центрального луча (ЦЛ), способ общей глубинной точки (ОГТ), обеспечивающий накапливание сейсмических сигналов в общей глубинной точке на основании многократных перекрытий, и др. Метод преломленных волн преимущественно используют при региональных исследованиях для определения строения поверхности фундамента и мощности рыхлых осадочных отложений; его можно применять для поисковых работ при неглубоком залегании фундамента, либо когда сейсморазведка MOB оказывается не эффективной.

Глубинность исследований сейсморазведки может быть от сотен метров до 6—10 км, а иногда и глубже. Кроме решения геолого-структурных задач, результаты сейсморазведки в известной мере помогают оценивать литологический состав, содержание флюидов, пластовое давление и т. д. Эффективность морской сейсморазведки возрастает при внедрении методики многократных перекрытий и в первую очередь метода общей глубинной точки. Применение цифровой и цифроаналоговой системы обработки данных с использованием сложных алгоритмов обработки обеспечивает снижение уровня помех, увеличение глубинности, повышение уровня геологической информации и т. д.

Современный комплекс методов, технических средств и методики ведения сейсмических исследований состоит из способов возбуждения колебаний, средств приема и регистрации сигналов, средств и методики обработки материалов. Основу этого комплекса составляют невзрывные источники возбуждения, многоканальные приемные устройства, обеспечивающие исследование на ходу судна, сейсмические станции с цифровой и аналоговой регистрацией, средства высокоточного радиогеодезического обеспечения, а также средства обработки, расположенные в центрах на берегу и на борту судна, оснащенных современными ЭВМ и аналого-цифровыми обрабатывающими устройствами.

Современные задачи совершенствования методов и средств сейсморазведки на нефть и газ сводятся к решению следующих основных вопросов:
а) совершенствованию и созданию новых невзрывных источников упругих колебаний;
б) созданию высокочувствительных сейсмоприемников;
в) оснащению сейсмостанций автоматизированными средствами сбора, хранения и обработки сейсмической информации.

В настоящее время используют следующие источники возбуждения упругих колебаний: взрывные, механические, вибрационные, электроискровые, газовой детонации и пневматические. Основными источниками возбуждения признаются пневматические, которые серийно изготовляет ряд фирм США, ФРГ и Канады. Заметное развитие получают источники газовой Детонации большой и средней мощности, использующие эффект взрыва смеси кислорода с пропаном или ацетиленом. Производятся исследования по разработке источника возбуждений, в котором в качестве источника взрыва используют смесь кислорода с водородом (УГД-ВКС). Широкое применение находят электроискровые источники, обеспечивающие высокую разрешающую способность, но недостаточную для разведочных целей на нефть и газ глубинность. В последние годы в морских сейсморазведочных работах отмечается тенденция в развитии линейных источников упругих колебаний, дающих высокую направленность и представляющих собой подобие линейной группы взрывов из нескольких скважин.

Основными техническими проблемами, которые решаются в настоящее время в области приемных устройств при сейсморазведке, являются проблемы, связанные с повышением помехоустойчивости (при буксировке приемных устройств) и чувствительности, а также с разработкой сверхдлинных буксируемых приемных устройств («кос»), имеющих наиболее возможное число приемных каналов (до 96 и более). Решение этой проблемы идет по пути применения малогабаритных пьезо-приемников и их группирования, а также разработки стабильных и виброустойчивых систем кабелей-буксиров с обтекателями.

В целом глубинность и надежность сейсморазведки при подготовке морских площадей к ведению глубокого морского бурения должны быть существенно повышены за счет усложнения системы наблюдений, обеспечения первичной обработки материалов на борту судна, а также применения сверхдлинных (до 3 км) сейсмоприемных плавучих кос.

Геолого-геофизические исследования методом электроразведки проводятся для изучения рыхлой осадочной толщи и определения границ залегания кристаллического фундамента. Все разновидности метода электроразведки основаны на изучении особенностей пространственного распределения или временных закономерностей искусственно создаваемых или естественных электромагнитных полей постоянного тока и полей инфранизкой частоты. Электроразведка обеспечивает глубинность исследований до 4—5 тыс. м лишь в шельфовой зоне (при глубине акватории до 200 м).

Этот метод отличается от сейсморазведки меньшими точностью, разрешающей способностью и глубинностью исследований, однако он может быть успешно применен в условиях, где сейсмические работы не эффективны (наличие экранов, кратных волн, отсутствие границ отражений и т. д.). Комплек-сирование сейсмических и электроразведочных исследований может повысить надежность информации о геологическом строении и физико-геологических явлениях.

При работах на море применяют некоторые разновидности метода искусственных полей: непрерывные дипольно-осевые зондирования (НДОЗ), зондирования становлением электро-магнитного поля (ЗС) с магнитными модификациями (ЭСМ) непрерывное электропрофилирование (НП). Применение ПДОЗ и ЗС технологически весьма сложно и требует использования в морских исследованиях двух судов, непрерывное же электрическое профилирование, проводимое на ходу судна, отличается большой производительностью.

Технические средства метода искусственных полей разделяют на следующие типы: аппаратура управления питающей установкой ВЭЗ, приемная аппаратура НДОЗ и ЗС, аппаратура односудовых модификаций НП. В состав этой аппаратуры входят как серийные приборы (например, регистраторы электрических сигналов), так и нестандартные приборы, учитывающие специфику намечаемых исследований.

Методы естественных полей включают в себя методы теллурических токов (ТТ), магнитотеллурического профилирования (МТП) и магнитотеллурического зондирования (МТЗ). Для исследования осадочных толщ в пределах шельфовой зоны разработаны магнито-теллурические и теллурические станции с регистрацией частотно-преобразованного сигнала на магнитную пленку и аналоговой записью на фотоноситель. В целом аппаратура, применяемая в методе естественных полей при исследованиях в море, принципиально мало отличается от подобной аппаратуры, используемой на суше.

Комплексирование различных геофизических методов при геолого-геофизических исследованиях дает весьма ощутимый научный, производственный и экономический эффект, который еще более увеличивается при внедрении бортовых систем сбора II хранения информации. Первой бортовой системой сбора геофизических данных в СССР является аппаратура «Град-Р», преобразующая формат записей цифровой сейсмических станций в формат ЭВМ «Минск-32» и регистрирующая данные гравиметрии, магнитометрии и электроразведки на носителе этой ЭВМ.

Зарубежные системы сбора, хранения и обработки комплексной геофизической информации могут быть представлены набортным комплексом НИС «Флоран» (Франция), комплексами НИС «Ребрай», «Океанограф», «Фрэр Мур» (США), регистрирующими данные сейсморазведки, набортной гравиметрии, Магнитометрии и т. д.

В настоящее время характер и объем комплексирования ^«физических методов при геолого-геофизических исследованиях на нефть и газ зависит от конкретных задач. Так, при обальных исследованиях, решающих фундаментальные зада-Се„глубинного строения земной коры, применяют глубинное смическое зондирование, набортную гравиметрию, аэро- н Дромагнитную съемки, а также отдельные магнитотеллури-gIie зондирования.

процессе регионально-поисковых исследований используют методы МОВ — ОГТ, МПВ-ГСЗ, ЗСП, НДОЗ и дРугие набортную и донную гравиметрию, гидромагнитную съемку-при этом автоматизированной системой сбора информации является аппаратура «Град-Р», основу технического обеспечения которой составляют многоканальные приемные устройства, сейсмические станции (ССЦ-2, ССЦ-3), набортно-гравиметриче-ская аппаратура (ГНГКА) и магнитометр АПМ-3.

При детальных исследованиях применяют преимущественно метод MOB в модификации многократных перекрытий и высокочастотную гравиразведку.

В последние годы перспективным методом поисков и разведки морских месторождений нефти и газа считается метод «прямых поисков», в котором используют новые эффективные средства регистрации и обработки получаемых данных с помощью ЭВМ в процессе выполнения исследований па ходу судна.

В США и Канаде получает распространение «метод светлого пятна», обеспечивающий прямое обнаружение месторождений газа, в котором интерпретация сейсмических данных производится ЭВМ. Компания «Вестерн джиофизикс» (США) при сейсмических исследованиях в Мексиканском заливе применяет вновь разработанный метод «РАП», используя для анализа сейсмических данных новейшую систему ЭВМ. Фирма «Трансмарк» разработала метод и аппаратуру «спектр-соник» для прямых поисков месторождений нефти и газа, в основу которых положено явление ядерного магнитного резонанса (явление поглощения радиоволн изотопом С-13).

Исследования при картировании и поисках твердых полезных ископаемых

Геологические методы и технические средства, используемые при подводной геологической „съемке, поисково-разведочных работах на твердые полезные ископаемые и инженерно-геологических исследованиях, включают в себя ряд специализированных средств магнито- и электроразведки, радиометрии, а также сейсмоакустической разведки и звуковой геолокации.

Магнитную разведку в комплексных морских геолого-геофизических исследованиях для указанных целей применяют 8 двух модификациях: гидромагнитной съемки и каппаметри»-В случае обнаружения на дне высоких концентраций ферр0“ магнитных минералов целесообразно использование градиенте метрии и придонной гидромагнитной съемки. Каппаметрия с буксируемым донным снарядом целесообразна при ведении поД водной грунтовой съемки и геологического картирования ского дна на глубину до 0,5 м.

Как указывалось выше, электроразведка на переменном и постоянном токе может быть использована для изучения осадочной толщи на шельфе, а также при ведении картировочных работ и поисках подводных россыпей. За рубежом получает распространение электроразведка измерением удельного сопротивления осадков и пород посредством пенетрационных установок, в результате чего могут быть получены косвенные данные о литологическом составе и пористости изучаемых отложений и пород. Ведутся разработки электрокаротажных систем, позволяющих по электрическим параметрам осадочных пород устанавливать корреляционные связи с их химическими, физическими и техническими свойствами. Подобную портативную электрокаротажную установку применяли в 1971 г. в Мексиканском заливе.

Учитывая, что естественная радиоактивность морских отложений зависит от степени их глинистости, становится возможным выполнять геологические исследования морского дна, покрытого современными осадками, с помощью метода непрерывной подводной радиометрической съемки. Этот метод находит применение в СССР и за рубежом в первую очередь при поисках твердых полезных ископаемых россыпного типа. Институты ВНИИЯГГ и ИО АН СССР разработали и применяют радиометры МОРС, МГР и «Секвойя». Институт геологии СО АН СССР разработал донную радиометрическую аппаратуру для изучения плотности осадков по двухлучевому гамма- гамма методу. Разработан также специальный зонд, буксируемый на санных полозьях, который фиксирует изменение плотности осадков при буксировке со скоростью 5—7 км/ч.

В США разрабатывается радиометрическая аппаратура с целью изучения не только физических свойств осадков (влажность, плотность), но и вещественного состава. Эта аппаратура состоит из набортного комплекса и подводной системы.

В настоящее время радиометрический метод при ведении морских геологических исследований развивается в следующих направлениях:
а) разработки набортного комплекса аппаратуры и средств экспрессного метода изучения проб донных осадков на борту судна;
б) разработки донных радиометрических устройств для непрерывного определения физических свойств осадков (влажности, плотности) и их вещественного состава.

К важнейшим методам исследований в процессе комплексных геолого-геофизических работ в шельфовой зоне морей и океанов следует отнести методы сейсмоакустики и звуковой геолокации.

Эти методы являются как бы звеньями одной цепи общего метода геофизических исследований посредством искусственного возбуждения упругих колебаний в изучаемой водной и донной средах, цепи, в которой каждое звено (сейсмика — сей-смоакустика — звуковая геолокация) отличается параметрами упругих волн, мощностями излучаемой энергии, системой регистрации полезных сигналов, приемных устройств и т. д.

Если в процессе сейсмических работ значительная глубинность исследований (до нескольких тысяч метров) достигается за счет мощностей излучаемой энергии (до 400 кДж) и низких частот (от 0 до 1000 Гц), но при этом разрешающая способность измеряется несколькими десятками метров, то при сейсмоакустических и акустических исследованиях мощности излучаемой энергии значительно меньше (до 100 кДж), а частоты колебаний выше (более 1 кГц), причем диапазон частот звуковой геолокации относится к акустическим частотам, за счет чего, в частности, повышается разрешающая способность аппаратуры. Применение сейсмоакустики и звуковой геолокации в морских геологических исследованиях дает хорошие результаты при подводном картировании, инженерно-геологических исследованиях, поисках подводных месторождений твердых полезных ископаемых и др.

В настоящее время разрабатываются методы «невзрывного» способа создания упругой (ударной) волны, к которым относятся такие модификации сейсмоакустического метода, как «Спаркер», и «Бумер», нашедшие в последние годы широкое распространение, а также применяемые за рубежом различного рода «пневморужья», «пневмопушки», «вибросейсы», «сампе-ры» и т. д.

Метод «Спаркер» основан на создании между электродами электроискрового разряда с образованием взрыва электрической дуги (искры высокого напряжения) в водной среде. Плазма между электродами при температуре в несколько тысяч градусов Цельсия образует в воде пузырек пара и возбуждает широкополосной звуковой импульс, основная энергия которого обычно находится в диапазоне 50—500 Гц. Используемая электроэнергия колеблется от нескольких тысяч джоуяей (в системах небольшой глубинности) до 120 кДж (в системах значительной глубинности, достигающей 5 км).

Сейчас разработано очень много моделей по методу «Спаркер», выпускаемых, например, японской фирмой «Прогресс трейдинг К0» (прибор называется «Геосонар»), американскими фирмами «Эджертон и К0» и «ОРЕ», французской фирмой «И. Ф. П.» и другими, которые различаются мощностью излучаемой акустической энергии, чувствительностью, разрешающей способностью, конструктивными особенностями и т. д.

Метод «Спаркер» используют в основном при геологическом картировании, он является основным при исследовании сравнительно глубоких структур Земли (до 3—5 км) не только в пределах шельфа, но и в глубоководных зонах морей и океанов. Установлено, что кроме хорошего качества записей (Не требующих дополнительного времени на их дешифрование и интерпретацию), разработанный способ разведки дает большой экономический эффект.

Другим способом «невзрывного» излучения мощного звукового импульса является электромеханический метод «Бумер». Система состоит из алюминиевой пластины, прижатой пружиной к изолированной полоской медной катушке. Когда на катушку подается импульс электроэнергии мощностью в сотни джоулей, сильный удар электротока отталкивает алюминиевую пластинку, в результате чего образуется широкополосной звуковой импульс с частотами порядка 500—2500 Гц. Это может обеспечить высокую разрешающую способность при небольшой и средней глубинности (до нескольких сотен метров).

Использование перечисленных модификаций сейсмоакусти-ческого метода целесообразно в тех случаях, когда требуется средняя глубинность исследований (до 1 —1,5 км) при обеспечении достаточно хорошей разрешающей способности аппаратуры (до десятка метров).

В ряде случаев в процессе морских геологических исследований требуется детальная информация об изучаемой толще морских отложений в пределах нескольких десятков метров от поверхности дна (поисково-разведочные работы на твердые полезные ископаемые, подводное картирование, инженерно-геологические исследования, изучение дражных полигонов, возведение подводных сооружений и т. д.). Для этих целей применяют метод звуковой геолокации, становление, развитие и применение которого находились в тесной связи как с методом сейсмоакустики, так и в особенности с методом гидроакустики, модификацией которого он по существу является. Поэтому в звуковой геолокации решение теоретических, экспериментальных и практических вопросов осуществляется на основе теории и практики гидроакустики, одним из основных технических средств исследований которой является эхолот.

В морской навигационной практике давно отмечались на записях эхограмм различные «помехи» в виде фиксации слоев донных осадков.

С 1954 г. в СССР под руководством автора проводились работы по изучению особенностей распространения ультразвука и звука в различных подводных отложениях, выполнялись исследования морского дна для инженерных целей, были созданы первые отечественные образцы звуковых геолокаторов — ультразвукового грунтографа (УЗГ) и малогабаритного звукового грунтографа (МЗГ). Затем изучение и использование звуковых колебаний в морских геологических исследованиях выполнялись ВИТРом, ЛГИ, МГУ и др. В результате проведенных исследований были установлены основные особенности распространения звука в подводных отложениях пРи использовании его в морских инженерно-геологических и геологических исследованиях, имеющие принципиальное значение. В частности было выяснено следующее.

1. Существующей теорией распространения звука установлены зависимости, применяемые для условий, когда вода и морской осадок являются средами постоянной плотности, где скорость звука неизменна и поглощение его отсутствует. В реальных условиях распространения звука в подводных анизо-морфных и полидисперсных средах эти зависимости теряют физический смысл, а распространение звука является чрезвычайно сложным процессом.

2. Распространение звука в различных по литологическому составу морских отложениях вызывают сложнейшие механические, физические и химические процессы, направление и интенсивность проявления которых зависят от плотности, влажности, размера фракций, минералогического состава, структурных и текстурных особенностей отложений и пород, от состава грунтовой воды и ее температуры, содержания в осадках органических веществ и защемленного газа.

3. По ряду физических и акустических свойств выделяются четыре основных типа морских отложений, с характерными для них особенностями распространения звука и записи эхо-грамм:
— монолитные и крупнообломочные породы (скала, литифицированные осадки, глыбы, валуны);
— мелкообломочные отложения (галька, гравий, ракушка, песок);
— глинистые отложения различной консистенции;
— илистые отложения текучей и скрытотекучей консистенции.

4. Наиболее благоприятной для применения звуковой геолокации геолого-литологической обстановкой является наличие слоистого залегания различных по составу и плотности морских отложений, естественная влажность и пористость которых соответственно не менее 30 и 40%, размер, фракций не более 5—8 см, потеря при показании до 10%.

В работе Ё. Ф. Дуброва приводится детальное описание физических основ звуковой геолокации, рассматриваются аппаратура и практическое применение этого метода.

На рис. 21 показан общий вид ультразвукового грунтогра-фа (УЗГ), разработанного В. И. Савельевым, Е. А. Поповым и В. Б. Арановичем (глубинность до 30 м, частота 10 кГц, чувствительность 5 мкВ, длительность импульса до 2 м/с, разрешающая способность до 0,5 м), а на рис. 22 — малогабаритный звуковой грунтограф МЗГ (конструкции В. И. Савельева) с электроакустическими характеристиками, аналогичными УЗГ (характеристики геолокаторов I класса).

В 60-х годах ВИТР разрабатывает звуковые геолокаторы ЗГЛ-1, ЗГЛ-2 н ЗГЛ-З (глубинность которых соответственно до 25 50, 500 м), нашедшие применение при картировочных и поисково-разведочных работах на твердые полезные ископаемые. На рис. 23 приведен внешний вид ЗГЛ-2.

Рис. 1. Ультразвуковой грунтограф УЗГ:
1 — основной прибор с регистратором; 2 — усилитель; 3 — вибраторы (излучатель и приемник); 4 — кабель; 5 — кабель-шланг

Рис. 2. Малогабаритный звуковой грунтограф МЗГ

Рис. 3. Звуковой геолокатор ЗГЛ-2

В итоге выполнения в течение 1954—1964 гг. разнообразных геологических исследований на морских акваториях СССР И. Савельевым были получены характерные записи эхограмм Различных донных отложений — от илистых грунтов до скальных образований.

В последние годы за рубежом разработан ряд моделей аку. стических приборов типа звуковых геолокаторов, а также комбинированных приборов различного назначения. Так, например, Британским Национальным институтом океанографии разработан акустический прибор «бокового видения» — «Асдик», который излучает узкий пучок высокочастотных импульсов (48 кГц), записывая на ленту отражения от поверхности дна. Пучок направляется в сторону от плавучего средства, на котором установлен прибор, веером, «озвучивая» морское дно полосой, ширина которой может быть от 100 до 1000 М-Фирма «Келвин Хьюз» серийно изготовляет прибор «Трансит сонар», в котором используется принцип работы «Асдика» для выполнения подводных исследований в тех случаях, когда требуется детальная характеристика морского дна. Фирма «О. Р. Е.» разработала буксируемый акустический прибор, в котором совмещены эхолот и «Асдик». Объединение «Вест-пнгауз ошеаник дивижн» разработало многоцелевую буксируемую систему подводных исследований, состоящую из гидролокатора бокового обзора, эхолота и сонара, кино- и телевизионной камеры, манипулятора и т. п. Эта система обеспечивает картографирование морского дна, определение состава отложений, поиск различных предметов на дне и т. д.

Рис. 4. Схема работы акустической системы «Асдик»

Средства скважинных геофизических исследований

Бурение скважин является основным способом получения необходимой информации в процессе геологических исследований на море. Специфика ведения буровых работ в морских условиях требует получения максимума информации в процессе проходки каждой скважины. Обычно сведения о проходимых породах получают в результате визуального изучения кернов на месте работ, а также комплексного исследования их в лабораторных условиях. Одним из важных методов получения дополнительной информации о физико-механических свойствах буримых пород является метод скважииной геофизики (скважинная сейсмоакустика и геоакустика, сква-жинная телеметрия и т. д.), который в настоящее время применяется обычно после завершения бурения скважин. В последние годы все большее значение придается выполнению специальных геофизических исследований не после бурения скважин, а в процессе проходки глубоких и сверхглубоких скважин.

Применение метода скважинных геофизических исследований (каротажа скважин) в процессе бурения скважин на нефть и газ в пределах морских акваторий определяется необходимостью повышения геологической и экономической эффективности, сокращения времени выполнения ряда технологических операций (в особенности спуска-подъема бурильных труб), оптимизации режима бурения глубоких и сверхглубоких скважин и т. д. Экономическая и геологическая эффективность обусловливает также необходимость выполнения специальных теоретических, методических и экспериментальных исследований для получения в процессе бурения оперативной геофизической информации о физических и механических свойствах буримых пород.

Комплекс методов и средств геофизических исследований скважин в процессе их бурения состоит из электрического, радиоактивного, газового и акустического каротажа. Разработка соответствующей аппаратуры идет по пути создания систем, предающих информацию с забоя скважин на поверхность, а также систем, автоматически фиксирующих результаты измерений в скважинном приборе в ходе бурения.

За рубежом большое внимание уделяется разработке и применению в процессе глубокого бурения электрического каротажа, который осуществляется в направлениях:
— применения каротажа в процессе бурения с передачей по средствам связи необходимых данных на дневную поверхность;
— применения каротажа в процессе бурения с получением информации за счет работы автоматически действующих сква-жинных приборов.

Использование автономно работающих приборов каротажа скважин — одно из перспективных направлений промысловой геофизики, поскольку в этом случае предусматривается механическая или магнитная регистрация получаемых сведений. В этом направлении разработано много моделей приборов, посредством которых выполняется каротаж в ходе бурения скважин, а также в процессе подъема бурильных труб. В последние годы за рубежом, в особенности в США и Франции, большое внимание уделяется применению сейсмоакустического каротажа скважин в процессе их бурения, поскольку технические средства этого каротажа, использующие звуковые колебания, дают возможность непрерывно определять свойства разбуриваемых пород, выбирать оптимальные параметры бурения и т. д. В качестве канала связи здесь можно использовать бурильную колонну, столб бурового раствора или буримые породы. Источниками упругих колебаний в приборах могут быть мембранные излучатели, взрывчатые вещества и механические вибраторы, приемниками колебаний на поверхности являются различные датчики упругих колебаний.