Лучший способ заглянуть под землю
 Сейсмический автомобиль - инструмент для генерирования сильных механических колебаний при исследовании подземных объектов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Чтобы получить изображение находящегося под землей месторождения нефти или газа, геофизики используют акустические волны, испускаемые одним или несколькими сейсмическими грузовыми автомобилями (транспортными средствами, способными генерировать сильные механические колебания, распространяющиеся под поверхность земли на расстояния до нескольких километров). Инструменты, размещенные под или на поверхности земли, фиксирующие отражения этих волн, позволяют построить изображения объектов, размещенных под поверхностью.
Поскольку изображение будет иметь более четкие очертания, если источник акустических волн находится ближе к подземной структуре (наподобие того, как фонарик работает эффективнее, находясь в непосредственной близости от объекта), один из способов повышения точности описанной методики – исследование с помощью так называемых виртуальных источников. Методика позволяет преобразовать получаемые данные таким образом, как будто речь идет о сильном акустическом сигнале от источника, расположенного на глубине нескольких километров под землей, недалеко от исследуемой структуры. Примечательно, что такой виртуальный источник можно было бы переместить по всем слоям земли, акцентируя внимание на каждом кубическом метре объема под поверхностью. Математический аппарат, задействованный в методе виртуальных источников, включает в себя операцию обращения времени, в рамках которой волны, перемещающиеся вниз, можно рассматривать, как излучаемые виртуальным источником в обратном направлении.
Для получения более точных данных техника требует, чтобы детекторы акустических сигналов были размещены глубоко под землей, недалеко от виртуального источника. Конечно, датчики могут располагаться и на поверхности, но в этом случае потребуются предположения относительно структурах, расположенных между поверхностью и исследуемым объектом, в частности, скорости звука в породе. Кроме того, задача потребует выявления множественных отражений, когда сигналы идут вверх и вниз между геологическими слоями, пока не будут обнаружены (а не отражаются всего один раз от интересующего объекта). И, как только ученые делают предположения относительно акустических свойств подъемных структур, точность работы подобных приборов быстро падает, как будто виртуальный источник сигнала находится все глубже и глубже. С другой стороны, бурить скважины для размещения датчиков под землей – не всегда возможно.
Чтобы преодолеть описанную проблему, в своей предыдущей работе группа ученых из Delft University of Technology (Нидерланды) предложила теоретическую технику работы с виртуальным источником акустических сигналов, не требующую подземных детекторов и предположений относительно геологии слоя породы. Методика позволяет получать достаточно информации непосредственно из зафиксированных на поверхности сигналов для учета многократных отражений. Теория была многообещающей, но на тот момент не могла быть названа «практической», поскольку учитывала ровно три геологических слоя, которые имеют фиксированную толщину и форму. Кроме того, в теории были зафиксированы несколько дополнительных параметров, к примеру, скорость звука в пределах одного слоя. В новой работе команда обобщила методику, которая теперь работает для произвольного числа слоев, состоящих из любого материала (с поверхностью любой формы).
В качестве теста предложенной методики исследователи осуществили компьютерное моделирование для конкретного двумерного случая с 8 геологическими слоями, имеющими различные скорости звука и особенности интерфейсов. Для сбора необходимых данных использовалось 23 детектора на поверхности. В результате тестов было выявлено, что метод имеет высокую степень точности.
Также по теме:
- Немецкие ученые создали нано-ухо
- Группа ученых сосредоточила внимание на том, как распространяются звуковые волны в земле
- Испанские ученые предложили акустический аналог графена
- Распространение звука можно контролировать еще лучше
- Можно ли закричать так, чтобы никто не услышал?
Источники: