Способ геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий

Изобретение относится к области нефтегазовой геологии и может быть использовано при поиске углеводородов. Сущность: выполняют съемку рельефа акватории. По результатам съемки выявляют затопленные речные долины, пересекающие континентальный шельф. Зондируют донные осадки акустическими импульсами. Восстанавливают слои грунта и донных отложений до глубин 2-4 км. Анализируют структурно-денудационные формы рельефа и выделяют терригенные отложения. При выявлении предпосылок существования нефтегазовых участков выполняют зондирование грунта когерентным импульсным протонным спиновым эхом. Выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов. Дополнительно устанавливают не менее двух донных сейсмических станций для регистрации и анализа микросейсмических волн. С помощью пенетрометров, размещенных на указанных сейсмических станциях, определяют коэффициенты сопротивления и трения грунта, по которым определяют его прочностные характеристики. После этого отбирают пробы горных пород и растительности вдоль водотоков. Пробы горных пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм. Первую фракцию анализируют на содержание Si, Al, Ti, Y, a вторую - на содержание Hg. Пробы растительности анализируют на содержание Ba, Cu, Pb, Zn, Ag. Результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций. Строят карты распределения указанных аддитивных показателей и Hg. Отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазоперспективными участками. Анализируют водную толщу на содержание метана. Определяют координаты газового образования. При выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды. При зондировании грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом дополнительно зондируют гидросферу, при этом исследуемую среду подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерно-магнитного резонанса, при этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, при этом измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты второго сверхтонкого перехода, дополнительно электронный парамагнитный резонанс подвергают оптическому детектированию, при этом спиновое состояние радикальной пары (синглетное или триплетное) изменяют вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитом поле, спектр электронного магнитного резонанса при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары аналитическим методом. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа, повышение достоверности выявления перспективных нефтегазовых участков. 1 ил.

 

Изобретение относится к области геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий и может быть также использовано при геохимической разведке полезных ископаемых и для обнаружения утечек природного газа из морских магистральных трубопроводов.

Известен способ геохимической разведки (авторское свидетельство SU №1786460 [1]), включающий отбор проб горных пород и растительности вдоль водотоков, разделение проб горных пород на фракции и их анализ на содержание химических элементов, в котором пробы пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм, первую анализируют на Si, Al, Ti, Y, а вторую на Hg, а пробы растительности анализируют на Ва, Cu, Pb, Zn, Ag, результаты анализа анализов фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и Hg и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y - Ва, Cu, Pb, Zn, Ag - Hg - Ва, Cu, Pb, Zn, Ag - Si, Al, Ti, Y, с нефтегазоперспективными участками.

Разделение проб пород на две фракции с последующим химическим анализом в данном способе позволяет повысить надежность выявления нефтегазоперспективных участков.

Однако данный способ при использование его в морских условиях является трудоемким и связан с существенными материальными затратами так, что его реализация требует привлечения сложного оборудования для взятия проб и средств обеспечения поисковых работ.

Известен также способ обнаружения утечек природного газа из трубопроводов (патент RU №2017138[2]), заключающийся в облучении участка земной поверхности вблизи трубопровода лазерным излучением на двух длинах волн, одна из которых λ1 попадает в полосу поглощения газа, а другая λ2 лежит вне ее, регистрации интенсивности рассеянного поверхностью излучения на длине волны λ1-P1 и λ22, формировании видеосигнала, пропорционального отношению Р21, и сравнении видеосигнала с априорно заданным порогом, в котором с целью повышения точности определения места утечки и точности оценки концентрации газа в облаке утечки, дополнительно регистрируют температурный контраст обследуемого участка, по которому определяют координаты вероятного места утечки и его размеры L на поверхности, а лазерным излучением облучают непосредственно вероятное место утечки, причем среднюю концентрацию природного газа в облаке утечки определяют по формуле:

, ,

где σ1 - сечение поглощения газа на длине волны λ1;

σ2 - сечение поглощения газа на длине волны λ2;

θ - угол зондирования вероятного места утечки, отсчитываемый от вертикали;

Н - высота, с которой производится обследование.

При этом выполняют многократное облучение с разных направлений по отношению к облаку утечки, по которым устанавливают истинное место утечки.

Использование данного способа также ограничено только береговыми условиями и требует выполнения вычислительных операций.

Известен также способ определения места утечки жидкости или газа из трубопровода (патент RU №2040783 [3]), находящего в грунте, заключающийся в обзоре трубопровода трассоискателем, с одновременным сканированием трубопровода телевизионным датчиком, с помощью которого определяют место утечки, в котором обзор трубопровода осуществляют облетом на маловысотном летательном аппарате с использованием в качестве трассоискателя метрового локатора, а для определения места утечки дополнительно используют тепловизионный датчик, сьюстированный с тепловизионным датчиком, и осуществляют совместную цифровую фильтрацию сигналов локатора, телевизионного и тепловизионного датчика.

Данный способ также имеет ограниченное применение, так как его использование возможно только для определения утечки в трубопроводах, уложенных на поверхности суши или уложенных в грунте, и при благоприятных погодных условиях для выполнения полетов на малой высоте и отсутствии навигационных опасностей.

Известен также способ контроля магистрального трубопровода посредством обнаружения с вертолета облака метана над трубопроводом с использованием лазерного локатора, сканирующего атмосферу вдоль газопровода тремя разностными лучами (патент RU №2108597[4]).

Достоинством известного способа является то, что обработке подвергается облако метана, который является профилирующим при оценке обнаружения нефтегазовых месторождений, что обеспечивает необходимую достоверность получения исходных данных для последующего анализа.

Данный способ также имеет ограничения по использованию, обусловленные благоприятными погодными условиями для выполнения полетов.

Известен также способ геохимической разведки (патент RU №2374667 [5]), техническим результатом которого является повышение точности оценки концентрации газа в газовом образовании, преимущественно в водной среде.

В известном способе геохимической разведки, включающем анализ на содержание метана путем определения концентрации газа в газовом образовании, определение координат газового образования - в водной среде размещают буйковые станции, снабженные датчиками обнаружения метана, посредством которых измеряют концентрацию метана в водной толще по изменению сопротивления активного слоя датчика, которое преобразуют в выходное (измеренное) напряжение, координаты (географические) газового образования определяют по положению газового образования в подвижной системе координат буйковой станции, которое определяется в соответствии с выражением:

R(Vго, Vбс )=Rго+(Vго+Vбс)t,

где R(Vго, Vбс) - текущее положение газового образования относительно буйковой станции;

Vго, Vбс - векторы скорости буйковой станции и газового образования;

Rго - начальное положение газового образования;

R - радиус-вектор, определяющий положение буйковой станции в спутниковой системе координат;

t - текущее значение времени после определения положения газового образования, что существенно отличает данный способ от известных аналогов [1-4].

Однако в большинстве случаев, например, для экологической оценки загрязнения является важным и определение площади загрязнения водной поверхности и донных осадков при утечке нефти, что известными способами (аналогами) не решаются.

Известны также способы и технические средства проведения геоэкологического мониторинга морских акваторий (Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий /Л.И.Лобковский, Д.Г.Левченко, А.В.Леонов, А.К.Абросимов. М.: Наука, 2005, с.53-100 [5]). Для осуществления мониторинга морских акваторий в районах развертывания нефтегазовых комплексов в настоящее время используются преимущественно судовые методы наблюдения и контроля (с.53-58, [5]). При этом суда оснащаются спутниковыми навигационными средствами, гидроакустической и радиолокационной аппаратурой. Кроме того, судно также оснащается многолучевым эхолотом, служащим для съемки рельефа дна с широкой полосой захвата и быстрого обнаружения различных подводных объектов; двухчастотным параметрическим эхолотом, позволяющим осуществлять точную съемку рельефа дна и определять его структуру на несколько метров в глубину, обнаруживать объекты под слоем осадков (подводные трубопроводы и др.); гидрологическим зондом, служащим для определения ряда гидрофизических характеристик водной среды: температуры, скорости и направления течений, электромагнитных полей и др., такой зонд оснащается также батометрами для взятия проб воды на различных горизонтах; многоканальным СТД зонд-профилографом, служащим для определения основных водных характеристик (солености, температуры, давления на различных глубинах); гидрооптическим зондом для определения прозрачности и цвета водного массива; акустическим измерительным комплексом для определения скорости звука на различных глубинах, что необходимо для уточнения условий распространения гидроакустических сигналов в водной среде; биоокеанологическим комплексом, предназначенным для взятия проб в водной среде и на дне акватории, который включает сетки, тралы, драги, батометры и др.

Однако использование только судовых методов исследований не позволяет достигнуть необходимой оперативности измерений и непрерывности временных рядов, зависящих от погодных условий. Кроме того, морские экспедиционные работы в настоящее время стоят очень дорого, например, по сравнению с эксплуатацией стационарных станций. Спутниковые оптические наблюдения (с.58-62, [5]) используются для определения концентраций взвеси, растворенного органического вещества, пигментов фитопланктона, нефтяных загрязнений и исследования их пространственной и временной изменчивости по значениям коэффициента обратного рассеяния света взвесью. Способ отягощен сложными математическими вычислениями, а также его использование затруднено на акваториях с высокими фоновыми значениями взвесей.

Известные стационарные системы наблюдений с помощью донных и буйковых станций (с.63-82, [5]) представляют собой кабельные донные геофизические станции, оснащенные измерительной аппаратурой с использованием подводных кабелей для питания станций, управления ими и передачи информации на берег. Стоимость прокладки морских глубоководных кабелей чрезвычайно высока и может составлять много миллионов долларов при больших расстояниях. Также существенные трудности связаны с выводом кабелей на берег, так как волны прибоя размывают берега и обрывают кабели. Одним из существенных элементов автономных морских станций являются буйковые носители аппаратуры и якорно-буйрепные устройства, к недостаткам которых следует отнести вращение вокруг оси и значительные горизонтальные перемещения, невозможность подвешивать приборы на значительном расстоянии под буем из-за опасности запутывания приборного троса и буйрепа. Кроме того, стоимость буйковых носителей в настоящее время сопоставима со стоимостью используемой электронной аппаратуры, а зачастую и больше.

Известны способы наблюдения с размещением гидрохимических донных станций на морском дне (с.82-100, [5]).

При этом станция оснащена датчиками для измерения гидрохимических и гидрофизических параметров среды, спектроанализатором, микроЭВМ для управления работой станции, сбора, обработки и хранения зарегистрированных данных, модемы для приема и передачи информации по кабельным линиям связи или по радиоканалу, а также вспомогательные устройства для постановки и подъема, а также поиска станции на поверхности моря после ее всплытия.

Выявленных недостатков известных аналогов [1-5] лишен известный способ геохимической разведки (патент RU №2456644, 20.07.2012 [6]).

Известный способ геохимической разведки [6] заключается в том, что производят отбор проб горных пород и растительности вдоль водотоков, пробы горных пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм, фракцию более 0,1 мм анализируют на содержание химических элементов Si, Al, Ti, Y, фракцию менее 0,1 мм - на содержание химического элемента Hg, пробы растительности анализируют на содержание химических элементов Ва, Cu, Pb, Zn, Ag, результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и химического элемента Hg и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и химического элемента Hg в ряду химических элементов Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазовыми перспективными участками, производят анализ на содержание метана, определяют координаты газового образования по его положению в подвижной системе координат буйковых станций, размещаемых в водной среде и снабженных датчиками обнаружения метана, посредством которых измеряют концентрацию метана в водной толще по изменению сопротивления активного слоя датчика, которое преобразуют в выходное (измеренное) напряжение, в котором, в отличие от аналогов, предварительно выполняют съемку рельефа водной акватории, по результатам съемки выявляют затопленные речные долины, пересекающие континентальный шельф, выполняют зондирование донных осадков акустическими импульсами и измерение временного интервала между раздельными сигналами, выполняют восстановление рельефа местности, определяют длину корреляции динамических переменных, описывающих потоки энергии и/или импульса от вершины донного отложения осадков до подошвы и от подошвы донного отложения осадков на глубину залегания грунта до 2-4 км, выполняют анализ структурно-денудационных форм на рельефе с выделением терригенных отложений, при выявлении предпосылок существования нефтегазовых участков выполняют зондирование грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом, при этом выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов, дополнительно измеряют коэффициенты сопротивления и трения грунта дна, по которым определяют прочностные характеристики, коэффициенты сопротивления и трения измеряют посредством пенетрометра, установленного на донной сейсмической станции, причем устанавливают, по крайней мере, две донные сейсмические станции, посредством которых регистрируют микросейсмические волны, при анализе микросейсмических волн выделяют продольные микросейсмические волны и исключают из анализа поперечные микросейсмические волны посредством фазового амплитудного фильтра, при этом при анализе продольных микросейсмических волн выбирают все гармонические колебания, зарегистрированные двумя сейсмическими станциями одновременно и имеющие практически равные амплитуды, при этом угол между направлениями прихода микросейсмических сигналов одновременно от двух сейсмических станций, одна из которых расположена по нормали, составляет от 1 до 10°, при выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды.

Однако в известном способе геохимической разведки [6] выполняют зондирование грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом, в то время как методом электронного парамагнитного резонанса можно определять концентрацию и идентифицировать парамагнитные частицы в любом агрегатном состоянии, что незаменимо для исследования кинетики и механизма процессов, происходящих с их участием в толще воды (гидросфере) особенно при катастрофических загрязнениях морских акваторий. Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) решается широкий круг структурно-динамических задач. Детальное исследование спектров ЭПР парамагнитных ионов d- и f-элементов позволяет определить валентное состояние иона, найти симметрию кристаллического поля, количественно изучать кинетику и термодинамику многоступенчатых процессов комплексообразования ионов. Динамические эффекты в спектрах ЭПР, проявляющиеся в специфическом уширении отдельных компонент сверхтонкой структуры, обусловленном модуляцией величины констант за счет внутри- и межмолекулярной химической реакций, позволяют количественно исследовать эти реакции, например электронный обмен между ион-радикалами и исходными молекулами типа , лигандный обмен типа , внутримолекулярные процессы вращения отдельных фрагментов в радикалах, конформационные вырожденные переходы, внутримолекулярные процессы перемещения атомов или групп атомов в радикалах и т.д.

В двойном электронном ядерном резонансе (ДЭЯР) исследуемое вещество подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерного магнитного резонанса (ЯМР). При этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, а частота ЯМР, то есть переменное магнитное поле, обеспечивающее реализацию ЯМР при данном постоянном магнитном поле, меняется в диапазоне, отвечающем величинам тонкой структуры конкретной спиновой системы. При выполнении условия ядерного резонанса происходит изменение интенсивности сигнала ЭПР. Спектр ДЭЯР, таким образом, представляет собой график изменения интенсивности сигнала ЭПР в зависимости от изменения частоты ЯМР. Метод значительно упрощает спектры исследуемых объектов. Например, если спектр ЭПР радикала (С6Н5)3С* содержит 196 линий сверхтонкой структуры, то в спектре ДЭЯР регистрируется три пары линий, отвечающих трем наборам протонных констант тонкой структуры для этого радикала (орто-, мета-, пара-протоны трех фенильных колец). В двойном электрон-электронном резонансе (ДЭЭР) измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении (за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты) второго сверхтонкого перехода. Обе модификации ЭПР дают очень точные значения констант сверхтонкой структуры. Метод электронного спинового эха (ЭСЭ) заключается в воздействии на спиновую систему коротких и мощных СВЧ-импульсов в условиях ЭПР и наблюдение релаксации возбужденной таким образом системы в исходное состояние. Помимо непосредственного измерения времен релаксации спиновой системы, что реализовано в прототипе, метод также позволяет получать информацию о скорости медленных движений свободных радикалов. Оптически детектируемый ЭПР (ОД ЭПР) дает информацию о свободных радикалах в радикальных парах, возникающих при радиационном или УФ воздействии в кристаллах и жидкой фазе. Спиновое состояние радикальной пары (синглетное или триплетное) можно изменить вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитном поле. Спектр ЭПР при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары любым аналитическим методом. Наибольшая чувствительность получается при использовании оптических методов, особенно по измерению люминесценции. При изменении напряженности магнитного поля записываемый спектр люминесценции в точности повторяет спектр ЭПР радикалов, возникающих в радикальных парах. Чувствительность метода составляет 10-102 частиц в образце, что позволяет получать сведения о спектрах ЭПР, строении и превращениях короткоживущих радикалов, время жизни которых составляет порядка 10-8 с. (Энциклопедия физики и техники.webmaster @femto.. Вертц Дж., Болтон Дж., Теория п практические приложения метода ЭПР, М., 1975; Landolt-Bornstein, Numerical data and functional relationships in science and technology. New series, В., v. II/1, 1965-66, II/2, 1966, II/8, 1976-80, II/10, 1979, II/11, 1981, II/12, 1984, II/17, 1987-89).

Задачей настоящего технического предложения является расширение функциональных возможностей известных способов геохимической разведки.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий, заключающемся в том, что производят отбор проб горных пород и растительности вдоль водотоков, пробы горных пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм, фракцию более 0,1 мм анализируют на содержание химических элементов Si, Al, Ti, Y, фракцию менее 0,1 мм - на содержание химического элемента Hg, пробы растительности анализируют на содержание химических элементов Ва, Cu, Pb, Zn, Ag, результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и химического элемента Hg и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и химического элемента Hg в ряду химических элементов Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазовыми перспективными участками, производят анализ на содержание метана, определяют координаты газового образования по его положению в подвижной системе координат буйковых станций, размещаемых в водной среде и снабженных датчиками обнаружения метана, посредством которых измеряют концентрацию метана в водной толще по изменению сопротивления активного слоя датчика, которое преобразуют в выходное (измеренное) напряжение, в котором предварительно выполняют съемку рельефа водной акватории, по результатам съемки выявляют затопленные речные долины, пересекающие континентальный шельф, выполняют зондирование донных осадков акустическими импульсами и измерение временного интервала между раздельными сигналами, выполняют восстановление рельефа местности, определяют длину корреляции динамических переменных, описывающих потоки энергии и/или импульса от вершины донного отложения осадков до подошвы и от подошвы донного отложения осадков на глубину залегания грунта до 2-4 км, выполняют анализ структурно-денудационных форм на рельефе с выделением терригенных отложений, при выявлении предпосылок существования нефтегазовых участков выполняют зондирование грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом, при этом выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов, дополнительно измеряют коэффициенты сопротивления и трения грунта дна, по которым определяют прочностные характеристики, коэффициенты сопротивления и трения измеряют посредством пенетрометра, установленного на донной сейсмической станции, причем устанавливают, по крайней мере, две донные сейсмические станции, посредством которых регистрируют микросейсмические волны, при анализе микросейсмических волн выделяют продольные микросейсмические волны и исключают из анализа поперечные микросейсмические волны посредством фазового амплитудного фильтра, при этом при анализе продольных микросейсмических волн выбирают все гармонические колебания, зарегистрированные двумя сейсмическими станциями одновременно и имеющие практически равные амплитуды, при этом угол между направлениями прихода микросейсмических сигналов одновременно от двух сейсмических станций, одна из которых расположена по нормали, составляет от 1 до 10°, при выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды, отличающийся тем, что при зондировании грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом дополнительно зондируют гидросферу, исследуемую среду подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерно-магнитного резонанса, при этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, при этом измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении, за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты второго сверхтонкого перехода, дополнительно электронный парамагнитный резонанс подвергают оптическому детектированию, при этом спиновое состояние радикальной пары (синглетное или триплетное) изменяют вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитом поле, спектр электронного магнитного резонанса при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары аналитическим методом.

Заявляемый способ геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий основан на ряде выполненных исследований, которые базируются на анализе результатов процессов морского осадкообразования (О.К.Леонтьев. Морская геология. М.: Высшая школа. 1982, с.118), на ход и интенсивность химических процессов, которых оказывает большое влияние их удельная поверхность, которая находится в прямой зависимости от механического и вещественного состава осадков (О.К.Леонтьев. Морская геология. М.: Высшая школа. 1982, с.136).

Известно, что «нефть присутствует в водной среде в виде нескольких агрегатных состояний: поверхностных пленок (сликов); растворенных форм; эмульсий (типа «нефть в воде» и «вода в нефти»); взвешенных форм (плавающие на поверхности и в толще воды мазутно-нефтяные образования, сорбированные на взвесях нефтяные фракции); осажденных на дне твердых и вязких компонентов; аккумулированных в гидробионтах соединений, и также, в конечном итоге, отлагающихся на морском дне (Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий / Лобковский Л.И., Левченко Д.Г., Леонов А.В., Амбросимов А.К. // М.: Наука, 2005, с.194). При этом предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих нефтяных веществ могут достигать 10-20 ПДК (Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий/ Лобковский Л.И, Левченко Д.Г., Леонов А.В., Амбросимов А.К. // М., Наука, 2005, с.293).

Исследования по выявлению опасных компонент загрязнения вод Каспийского моря (Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий/ Лобковский Л.И., Левченко Д.Г., Леонов А.В., Амбросимов А.К.// М.: Наука, 2005, с.292) показали, что высокая концентрация нефтяных продуктов отмечается во всей ее толще. При этом следы нефти установлены на площади более 800 квадратных километров вокруг морских буровых платформ.

Предлагаемый способ геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий реализован на методе когерентного импульсного протонного спинового эха, который является одним из современных и перспективных методов квантовой радиофизики. В его основе лежит наблюдение эффектов, вызванных взаимодействием ядер протонов водорода (1Н), обладающих магнитным моментом и совпадающих с направлением спина ядра, с окружающими их микрочастицами при воздействии на всю систему постоянного магнитного и переменного электромагнитного полей.

Главное преимущество метода заключается в четкой физической концепции квантово-механических представлений о структуре вещества. Вся информация о структуре среды и явлениях, происходящих в ней, отображена в динамике прецессии спинов резонирующих поляризованных атомных ядер (1H) и детектируется методом протонного спинового эха. Данный метод относится к методам неразрушающего контроля, без изменения агрегатного состояния, физико-химического состава и свойств среды, что является важнейшим фактором в исследовании природных сред.

Данным методом можно исследовать большое число ядер. Однако выбор элемента, как объекта исследований при решении прикладных задач, определяется двумя факторами - наличием магнитного момента и содержанием в естественной среде. Наиболее эффективным, с данной точки зрения исследований, является водород 1H, как наиболее распространенный элемент в природе и самая стабильная и универсальная микрочастица, участвующая во всех видах взаимодействий (электрических, магнитных, гравитационных, слабых, сильных и т.д.). Исследование структуры молекулы воды, динамики ее изменения в результате взаимодействия воды с природными и антропогенными объектами и явлениями дает возможность для изучения физической сути различных природных и антропогенных процессов (микроструктуры морской воды, динамики океанских течений, взаимодействия океана и атмосферы).

В последнее время выполнено много работ по изучению специальных физических, химических и биологических свойств водных сред, в частности морской среды, в связи с процессами их релаксации после внешних воздействий.

Согласно существующим теоретическим представлениям в морской среде в квазистационарных условиях образуется динамическая сетка направленных водородных связей между молекулами воды с вкрапленными в эту сетку ионами неорганических соединений (диамагнитных, парамагнитных), растворенных в воде примесями органических соединений, растворенными в морской воде газами и их микропузырьками, частицами морской взвеси. Динамическая сетка сильных и слабых водородных связей в водной среде подвергается спонтанной перестройке в результате теплового движения молекул, однако в микроскопических масштабах она характеризует состояние водной среды с соответствующими константами микроскопических взаимодействий. В результате образуется как бы кристаллическая структура морской среды с соответствующими величинами эффективных внутренних полей и особенностями спин-решеточных взаимодействий. При появлении в этой среде нефтяных фракций возникают микроструктурные нарушения на молекулярном уровне, которые могут быть зафиксированы методом импульсного когерентного протонного спинового эха по измерениям времен спиновой релаксации (спин-спинового-Т2, спин-решеточного-Т1).

В этом методе переменное магнитное поле, возбуждающее переходы между различными квантовыми состояниями, прикладывается к исследуемому объему морской среды (≈0,3 см3) в виде коротких радиоимпульсов, а сигналы от возбуждаемых ядер наблюдаются после воздействия импульсов. При этом к исследуемому объему прикладывается постоянное магнитное поле и переменное высокочастотное (ВЧ) поле , которое наиболее сильно воздействует на ядерные магнитные моменты при совпадении его частоты с собственной частотой перехода. Под действием поля в поле происходит нутация вектора магнитного момента ядер . При воздействии полем в течение определенного времени вектор может быть повернут на определенный угол относительно поля , например π/2 или π (соответствующие радиоимпульсы называются 90° или 180°; θ=γH1tp, где θ - угол поворота , γ - гиромагнитное отношение; - значение напряженности ВЧ-поля; tp - время воздействия).

В отсутствии внешних воздействий магнитные моменты ядер стремятся установиться вдоль поля . Соответствующее равновесное значение ядерной намагниченности исследуемого объема морской среды отвечает больцмановскому распределению ядер по энергетическим состояниям. Измерение величины или ориентации намагниченности означает перераспределение ядер между энергетическими состояниями, т.е. изменение микроструктуры исследуемого объема на молекулярном уровне. Если в какой-либо момент времени ядерная намагниченность имеет случайное значение, то ряд процессов будет приводить ее в равновесное состояние, что и определяет время релаксации системы. Поскольку изменение намагниченности исследуемого объема среды связано с увеличением или уменьшением энергии системы магнитных моментов (системы спинов), а любое взаимодействие внутри системы не может привести к изменению ее полной энергии, то, очевидно, существует обмен энергией между системой спинов и соответствующими внутренними резервуарами энергии. При ядерной магнитной релаксации таким резервуаром служит «решетка», в данном случае сама морская среда, причем важно наличие спиновых взаимодействий независимо от агрегатного состояния рассматриваемой среды.

Общей чертой релаксационных процессов является обмен энергией между макроскопическими объектами с упорядоченной определенным образом системой спинов и тепловым движением в веществе (конкретный механизм передачи энергии может быть различным). В общем случае скорость установления равновесного состояния значения продольной (относительно ) компоненты намагниченности характеризуется постоянной T1 (время спин-решеточной релаксации). Для поперечной компоненты вводится постоянная T2 (время спин-спиновой релаксации). Равновесное значение поперечной компоненты равно нулю и постоянная времени установления Т2≤T1. Для измерения времени спин-спиновой и спин-решеточной релаксации используются разнообразные последовательности 90° и 180° импульсов.

Основные принципы, положенные в основу измерений T1, заключаются в следующем. Параметр Т1 характеризует изменение во времени проекции на ось z, совпадающую с направлением . Для его определения в ходе установления термодинамического равновесия между спиновой системой и решеткой необходимо измерить Mz в зависимости от времени. С этой целью используется целый ряд импульсных последовательностей. В наблюдаемых экспериментальных методах измерения Т1 в качестве первых импульсов, возбуждающих спиновую систему, используется 180° импульс: 180-t-90° или 180-t-90°-τ1-180°, где t - соответствующий момент времени; τ1 - постоянный интервал времени между вторым и третьим импульсами (τ1 выбирается из условия t «τ1). Третий «проявляющий» импульс используется при больших величинах T1 и большой неоднородности , когда сигнал свободной индукции после 90° импульса трудно наблюдать из-за малой его длительности. Частота посылок или запуска импульсных последовательностей равна To, где To=6T1, чтобы спиновая система успела возвратиться в состояние термодинамического равновесия перед каждой новой посылкой.

Для морской воды никогда не наблюдается простой экспоненциальной зависимости спада ядерной намагниченности после импульсов возбуждения спиновой системы частотой ωtnt - частота ВЧ-поля; ωn - частота прецессии спиновой системы). При этом намагниченность в направлении поля представляется в виде сумм различных экспоненциальных вкладов

,

где po относительная доля вклада n-й компоненты ;

T1n - время спин-решеточной релаксации.

Скорость спин-решеточной релаксации 1/Т1 для морской среды в первом приближении может быть оценена в виде:

1/Т1=1/Т10+1/T1n+1/Т102+1/T1k+1/T1g,

где Т10 - время спин-решеточной релаксации чистой воды;

T1n, T 1k, T 1g - времена релаксации растворенных примесей с различными магнитными свойствами (парамагнитные, диамагнитные) и частиц конденсированной фазы (взвесь);

T 102 вклад растворенного в морской воде кислорода, приведенного к равновесной концентрации, что дает возможность учитывать постоянства вклада Т102, в определяемую экспериментально скорость спин-решеточной релаксации 1/T1. Аналогичные процедуры могут быть проведены и для вкладов T1n, T 1k, T 1g в скорость спин-решеточной релаксации. Таким образом, по экспоненциальным значениям скорости спин-решеточной релаксации могут быть получены вклады микроструктурных нарушений в морской среде после появления нефтяных фракций.

Следует отметить, что наиболее корректными для регистрации микроструктурных нарушений на молекулярном уровне представляются низкоэнергетические методы исследований, использование которых не ведет к изменениям микроструктурных состояний морской среды. К ним относятся импульсные методы когерентного протонного спинового эха. Действительно, при измерении скоростей спин-решеточной релаксации в невозмущенной морской среде будут известны вклады времен T1n, T 1k, Т 1g, Т1 02, что позволит оценить в определенной точке вклад Т 10 (для дистиллированной воды при заданной электропроводности значение Т 10 известно). После прохода самодвижущегося объекта в морской среде изменяется время Т1 в области его движения. Эти изменения связаны с характером распределения примесей с различными магнитными свойствами, растворенным кислородом О2, микропузырьков газов, частиц конденсированной фазы и с микроструктурным состоянием морской среды, обусловленным характером сетки водородных связей в области появления нефтяных взвесий и, соответственно, изменением параметра T1.

Изменение структуры носит наиболее долговременный и информативный характер. Этот метод позволяет приблизиться к точности энергетических изменений среды порядка 10-15 эВ/Гц. Размещение в водной среде буйковых и донных станций, оснащенных измерительной аппаратурой, построенной на этих принципах, позволяет создавать объемную томографическую картину данного процесса путем зондирования в заданном районе с помощью датчика протонного спинового эха. Энергетические возмущения подобного рода могут регистрироваться в течение суток и более в зависимости от гидродинамических условий заданного района.

Способ реализуется следующим образом.

На водной акватории (или заданном регионе суши с реками и болотами) выполняется съемка рельефа дна посредством гидроакустических средств, установленных на гидрографическом судне. Съемка рельефа может выполняться посредством известных способов и средств, основанных на принципах гидроакустики (многолучевые эхолоты, гидролокаторы, профилографы и т.д.).

Съемка рельефа дна проводится многолучевыми эхолотами без пропусков с перекрытием смежных полос. Для съемки рельефа дна применяются многолучевые эхолоты (Sea Beam 1180, Simrad ЕМ 3002). Сонарная съемка выполняется с использованием сонара с частотой 500 кГц. В состав комплекса площадной съемки входят измерители скорости звука и датчики вертикальной качки и крен-дифферента, которые обеспечивают корректуру данных площадной батиметрической и сонарной съемки.

Измеренные глубины в постобработке исправляются глубинами на уровень моря по данным временных уровенных постов. По результатам съемки составляются планшеты глубин в масштабе 1:2000.

Геофизические исследования включают проведение морской магнитной съемки и акустическое профилирование.

Магнитометрия выполняется с использованием протонного градиентометра типа «Sea SPY» или «Marine Magnetic Explorer». Буксируемое тело градиентометра на глубоководных участках буксируется на расстоянии 5 м от дна. Для стабильного удержания буксируемого тела на заданном расстоянии от дна используется лебедка типа «DT VARINE 2005EHLWR» с дистанционным управлением. На мелководных участках рабочее тело градиентометра буксируется на поверхности, его местоположение определяется по длине кабеля и расстоянию до антенны GPS.

Работы выполняются с использованием аппаратуры типа «Бумер» с приемом отраженного сигнала на многоканальную косу и регистрацией на цифровую сейсмостанцию. Для определения местоположения судна и датчиков информации с необходимой точностью используется аппаратура потребителей спутниковой навигационной системы GPS в дифференциальном режиме (DGPS), работающих по двум независимым контрольно-корректирующим станциям, а также геодезические контрольно-корректирующие станции для работы в режиме RTK или для приема поправок Starfix HP по спутниковому каналу. Такая система координирования обеспечивает определение места со средней квадратической погрешностью не более 0,3 м в любой точке района при круглосуточной работе. Для навигационного обеспечения использованы базовая геодезическая станция типа «MS 750 Base», судовые приемники типа «Trimble 5700 RTK» и «Trimble DSM 2121», навигационный компьютер с программным обеспечением. Электронная навигационная информационная система (ECDIS), система ECS -1000 с программным обеспечением «dKart Navigator», ультракороткобазисная система подводной навигации типа «Simrad HRP 410Р» для высокоточного определения положения гондолы магнитометра с двумя маяками-ответчиками.

Сейсмоакустическое профилирование - поддонный профилограф типа «SPB Klein 2275» (рабочая частота 3,5 кГц, разрешение 75 см, предельная глубина буксировки 600 м) или комплексное использование геолокатора (профилограф) типа «Seapro» (Seateam) с перестраиваемыми диапазонами частот 1-30 кГц, с мощностью сигнала 10 кВт и аппаратура электроразведки «Шельф-4» с экспресс-регистратором акустического сигнала типа «Иней-П».

Геодезическая станция типа «Trimble 4600LS».

Программно-математическое обеспечение «Trimble Geomatics Office».

Геоинформационная система типа «Mapinfo v.7».

Датчик курса и динамических перемещений судна типа «Octans» с компенсацией динамических перемещений 0,01 град по курсу, вертикальным перемещением, бортовой и килевой качке с частотой данных 40 Гц.

Измеритель скорости звука типа «SVP 15» или типа «ОЛД-1». Измеритель уровня моря типа «ГМУ-2».

По результатам съемки рельефа дна и его картографического отображения, применительно к морским акваториям, выявляют направление затопленных речных долин, которые пересекают континентальный шельф.

При этом затопленные речные долины выявляются по сильно вытянутым извилистым понижениям, пересекающим континентальный шельф и являющимся непосредственным продолжением речных долин прибрежной суши (Леонтьев O.K. Морская геология. М.: Высшая школа, 1982, с.161).

Далее выполняют зондирование донных осадков вдоль направления затопленных речных долин акустическими импульсами и измерение временного интервала между раздельными сигналами, формируемыми гидроакустическими средствами. По результатам акустического зондирования формируют слои донных отложений и грунта по глубине залегания до 4 км. Выполняют восстановление донных отложений и грунта на глубину распространения акустических сигналов. При этом определяют длину корреляции динамических переменных, описывающих потоки энергии и/или импульса от вершины донного отложения осадков до подошвы и от подошвы донного отложения осадков на глубину залегания грунта до 2-4 км. Выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов, дополнительно измеряют коэффициенты сопротивления и трения грунта дна, по которым определяют прочностные характеристики, коэффициенты сопротивления и трения измеряют посредством пенетрометра, установленного на донной сейсмической станции, причем устанавливают по крайней мере две донные сейсмические станции, посредством которых регистрируют микросейсмические волны, при анализе микросейсмических волн выделяют продольные микросейсмические волны и исключают из анализа поперечные микросейсмические волны посредством фазового амплитудного фильтра, при этом при анализе продольных микросейсмических волн выбирают все гармонические колебания, зарегистрированные двумя сейсмическими станциями одновременно и имеющие практически равные амплитуды, при этом угол между направлениями прихода микросейсмических сигналов одновременно от двух сейсмических станций, одна из которых расположена по нормали, составляет от 1 до 10 градусов, при выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды.

По томографическому восстановлению донных отложений и грунта выполняют механическую дифференциацию осадков и взвеси с выделением фракций механического состава (гранулометрических фракций) в соответствии с классификацией, принятой в практике морских геологических исследований [Леонтьев O.K. Морская геология. М.: Высшая школа, 1982, с.80].

Далее выполняют анализ на содержание химических элементов с выделением терригенных отложений, строят карты распределения аддитивных показателей и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазовыми перспективными участками.

По наличию терригенных отложений судят о наличии нефтегазоносности исследуемой акватории.

Суждение о наличии нефтегазоносности по наличию терригенных отложений основано на известном факте, заключающемся в том, что многие шельфы характеризуются значительной мощностью платформенного чехла, которая резко убывает на внешнем крае шельфа. Это обусловлено тем, что у многих шельфов внешний край приподнят и в большинстве случаев к шельфу приурочены острова [Леонтьев O.K. Морская геология. М.: Высшая школа, 1982 с.176].

Поскольку многие шельфы представляют собой продолжение низменностей, приуроченных к крупным платформенным прогибам или синеклизам, то толщи, выполняющие эти прогибы, наклонены в сторону шельфа и достигают максимальной мощности именно в его пределах. Большая мощность терригенных осадков в нефтегазоносных районах является условием, благоприятствующим нефтегазоности.

При выявлении морских акваторий с возможным существованием нефтегазовых участков устанавливают на водной акватории буйковую станцию и по крайней мере две сейсмические донные станции.

Посредством измерительных датчиков, установленных на буйковой станции и на сейсмических донных станциях, выполняют регистрацию сейсмических, микросейсмических колебаний и гидрохимических параметров, а также выполняют зондирование водной толщи путем детектирования механизмов спин-фононных взаимодействий в морской воде, при воздействии на объект исследования когерентным импульсным протонным спиновым эхом, что реализуется посредством зонда протонного спинового эха, который снабжен спектрометром протонного спинового эха и блоком обработки спин-релаксационных параметров, аналог которого описан в [Зверев С.Б. Новый метод исследования динамики вод океана. Владивосток. Труды Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, т.3, 1990, с.160-172. С.Б.Зверев, У.Х.Копвиллем. Применение многократных квантовых резонаторов для изучения структуры жидкости. // Оптика атмосферы и океана, т. 6, №7, с.778-782.]… По полученным данным посредством зонда протонного спинового эха выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов, что позволяет выполнить минералогический анализ. При этом определение количественных соотношений минералов выполняется путем их выделения по плотности, оптическим свойствам, магнитным, электромагнитным, а также физическим и химическим признакам с использованием известных методов минералогического анализа [Леонтьев O.K. Морская геология. М., Высшая школа. 1982, с.87].

В качестве датчика протонного спинового эха может быть, как и в прототипе, применена так называемая минимагнитная система, состоящая из самарий-кобальтовых шайб с большой постоянной намагниченностью и большой энергоемкостью. В результате, при массе магнита 9 кг удается достигнуть значения индукции магнитного поля в его зазоре до 1,5 Тл. Таким образом, при плавной механической регулировке междуполюсного расстояния магнитной системы рабочая частота может изменяться в пределах от 12 до 60 МГц для протонов при сохранении достаточно, или серийные приборы, частота электромагнитного излучения в которых задается постоянной, а условие резонанса достигается путем изменения напряженности магнитного поля. Большинство спектрометров работает на частоте v 9000 МГц, длина волны 3,2 см, магнитная индукция 0,3 Тл.

При выявлении потенциальных нефтегазовых участков, как и в прототипе, берут пробы грунта и растительности вдоль речного русла, выполняют анализ аддитивных показателей, строят карты распределения аддитивных показателей и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазовыми перспективными участками, в части оценки целесообразности промышленного использования.

При обнаружении утечек нефти из подводного трубопровода и наличия нефтяного разлива выполняют моделирование изменений конфигурации нефтяного пятна по измеренным посредством гидрофизического модуля гидродинамическим параметрам водной среды в соответствии с гидродинамической моделью SPILLMOD [Л.И.Лобковский, Д.Г.Левченко, А.В.Леонов, А.К.Амбросимов. Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. М.: Наука, 2005, с.142-143].

Задача обнаружения утечки газа из нефтепровода решается аналогичным образом.

Для определения площади загрязнения от утечки нефти буйковые и донные станции снабжены датчиками протонного спинового эха, по результатам измерений которых, посредством спектрального анализатора определяют скорость спин-решеточной релаксации 1/T1, которая для морской среды в первом приближении может быть оценена в виде:

1/Т1=1/Т10+1/T1n+1/T102+1/T1k+1/T1g,

где T10 - время спин-решеточной релаксации чистой воды;

T1n, T 1k, T 1g - времена релаксации растворенных примесей с различными магнитными свойствами (парамагнитные, диамагнитные) и частиц конденсированной фазы (взвесь);

T 102 вклад растворенного в морской воде кислорода, приведенного к равновесной концентрации, что дает возможность учитывать постоянства вклада Т102, в определяемую экспериментально скорость спин-решеточной релаксации 1/T1. Аналогичные процедуры могут быть проведены и для вкладов T1n, Т 1k, Т 1g в скорость спин-решеточной релаксации. Таким образом, по экспоненциальным значениям скорости спин-решеточной релаксации могут быть получены вклады микроструктурных нарушений в морской среде после появления нефтяных фракций.

Времена спин-решеточной релаксации T1 и спин-спиновой релаксации Т2 являются количественной мерой скорости возврата спиновой системы в исходное состояние после воздействия электромагнитного излучения. Зафиксированное регистрирующим устройством поглощение электромагнитной энергии спиновой системой и представляет собой спектр ЭПР.

Основные параметры спектров ЭПР - интенсивность, форма и ширина резонансной линии, g-фактор, константы тонкой и сверхтонкой (СТС) структуры. На практике обычно регистрируется 1-я, реже 2-я производные кривой поглощения, что позволяет повысить чувствительность и разрешение получаемой информации. Интенсивность линии определяется площадью под кривой поглощения (фиг.1, а), которая пропорциональна числу парамагнитных частиц в образце. Оценку их абсолютного количества осуществляют сравнением интенсивностей спектров исследуемого образца и эталона. При регистрации 1-й производной кривой поглощения (фиг.1,б) используют процедуру двойного интегрирования. В ряде случаев интегральную интенсивность можно приближенно оценить, пользуясь выражением , где Sпл - площадь под кривой поглощения, Iмакс - интенсивность линии, ΔHмакс - ширина линии. 1-я и особенно 2-я производные (фиг.1, в) весьма чувствительны к форме линии поглощения. Форма линии в спектре ЭПР сравнивается с лоренцевой и гауссовой формами линии, которые аналитически выражаются в виде: y=a/(1+bx2) - лоренцева линия, y=a exp (-bx2) - гауссова линия. Лоренцевы линии обычно наблюдаются в спектрах ЭПР жидких растворов парамагнитных частиц низкой концентрации. Если линия представляет собой суперпозицию множества линий (неразрешенная СТС), то форме ее близка к гауссовой.

В двойном электронном ядерном резонансе (ДЭЯР) исследуемое вещество подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерного магнитного резонанса (ЯМР). При этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, а частота ЯМР, то есть переменное магнитное поле, обеспечивающее реализацию ЯМР при данном постоянном магнитном поле, меняется в диапазоне, отвечающем величинам тонкой структуры конкретной спиновой системы. При выполнении условия ядерного резонанса происходит изменение интенсивности сигнала ЭПР. Спектр ДЭЯР, таким образом, представляет собой график изменения интенсивности сигнала ЭПР в зависимости от изменения частоты ЯМР. Метод значительно упрощает спектры исследуемых объектов. Например, если спектр ЭПР радикала (С6Н5)3С* содержит 196 линий сверхтонкой структуры, то в спектре ДЭЯР регистрируется три пары линий, отвечающих трем наборам протонных констант тонкой структуры для этого радикала (орто-, мета-, пара-протоны трех фенильных колец). В двойном электрон-электронном резонансе (ДЭЭР) измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении (за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты) второго сверхтонкого перехода. Обе модификации ЭПР дают очень точные значения констант сверхтонкой структуры. Метод электронного спинового эха (ЭСЭ) заключается в воздействии на спиновую систему коротких и мощных СВЧ-импульсов в условиях ЭПР и наблюдение релаксации возбужденной таким образом системы в исходное состояние. Помимо непосредственного измерения времен релаксации спиновой системы, что реализовано в прототипе, метод также позволяет получать информацию о скорости медленных движений свободных радикалов. Оптически детектируемый ЭПР (ОД ЭПР) дает информацию о свободных радикалах в радикальных парах, возникающих при радиационном или УФ-воздействии в кристаллах и жидкой фазе. Спиновое состояние радикальной пары (синглетное или триплетное) можно изменить вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитном поле. Спектр ЭПР при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары любым аналитическим методом. Наибольшая чувствительность получается при использовании оптических методов, особенно по измерению люминесценции. При изменении напряженности магнитного поля записываемый спектр люминесценции в точности повторяет спектр ЭПР радикалов, возникающих в радикальных парах. Чувствительность метода составляет 10-102 частиц в образце, что позволяет получать сведения о спектрах ЭПР, строении и превращениях короткоживущих радикалов, время жизни которых составляет порядка 10-8 с. (Энциклопедия физики и техники.webmaster @femto.com.ua).

Впоследствии по полученным данным выполняют картирование района загрязнения - топографическую и навигационную карту, на которой отображаются границы загрязнения. Картирование информации осуществляется нанесением геодезических координат места нахождения донной станции на дне водоема на планшет, который строится путем сопряжения топографических и навигационных растровых карт в следующей последовательности:

- растр навигационной карты в проекции Меркатора подвергается векторизации береговой линии навигационной карты;

- выполняется выборка участка, соответствующего морской акватории, на которой произошла утечка из транспортного водопровода с учетом векторизации береговой линии навигационной карты;

- производится запись в итоговый растр навигационной карты;

- растр топографической карты в проекции Гаусса-Крюгера приводится к масштабу навигационной карты;

- выполняется преобразование координат проекции Гаусса-Крюгера в географические координаты;

- выполняется преобразование географических координат в координаты проекции Меркатора;

- производится выборка участка растра, соответствующего сухопутной (береговой) области;

- выполняется запись в итоговый растр топографической карты;

- по результатам записей в итоговые растры навигационной и топографической карты строится итоговая растровая карта совмещенной навигационной и топографической информации в Меркаторской проекции;

- на итоговой растровой карте, выводимой на устройство индикации, также отображается путь буйковой станции относительно донной станции и относительно обеспечивающего судна.

Результаты картирования впоследствии могут быть выведены для визуализации на монитор, на котором полученная информация может быть отражена в двумерной и трехмерной проекциях.

Предлагаемый способ геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий может быть также использован при выполнении исследовательских работ. В морской воде содержится большое количество парамагнитных примесей в виде парамагнитных ионов переходных металлов и их комплексных соединений в парамагнитном состоянии. Изучение их распределения в морской воде представляет большой научный интерес. Парамагнитные примеси могут служить в качестве трассеров для изучения динамики водных масс. Исследование динамики концентрационных полей парамагнитных примесей дает дополнительную информацию о степени и масштабе влияния внешних источников парамагнитных примесей (речной сток, глубинные гидротермы, вулканическая деятельность, сброс промышленных отходов и т.д.) на компонентный и структурный состав морских и океанических вод.

Практическая реализация предлагаемого способа технической сложности не представляет, так как для его реализации используются средства, имеющие промышленную применимость.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №1786460.

2. Патент RU №2017138.

3. Патент RU №2040783.

4. Патент RU №2108597.

5. Патент RU №2374667.

6. Патент RU №2456644, 20.07.2012.

Способ геохимической разведки для геоэкологического мониторинга морских нефтегазоносных акваторий, заключающийся в том, что производят отбор проб горных пород и растительности вдоль водотоков, пробы горных пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм, фракцию более 0,1 мм анализируют на содержание химических элементов Si, Al, Ti, Y, фракцию менее 0,1 мм - на содержание химического элемента Hg, пробы растительности анализируют на содержание химических элементов Ва, Cu, Pb, Zn, Ag, результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и химического элемента Hg и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и химического элемента Hg в ряду химических элементов Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазовыми перспективными участками, производят анализ на содержание метана, определяют координаты газового образования по его положению в подвижной системе координат буйковых станций, размещаемых в водной среде и снабженных датчиками обнаружения метана, посредством которых измеряют концентрацию метана в водной толще по изменению сопротивления активного слоя датчика, которое преобразуют в выходное (измеренное) напряжение, предварительно выполняют съемку рельефа водной акватории, по результатам съемки выявляют затопленные речные долины, пересекающие континентальный шельф, выполняют зондирование донных осадков акустическими импульсами и измерение временного интервала между раздельными сигналами, выполняют восстановление рельефа местности, определяют длину корреляции динамических переменных, описывающих потоки энергии и/или импульса от вершины донного отложения осадков до подошвы и от подошвы донного отложения осадков на глубину залегания грунта до 2-4 км, выполняют анализ структурно-денудационных форм на рельефе с выделением терригенных отложений, при выявлении предпосылок существования нефтегазовых участков выполняют зондирование грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом, при этом выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов, дополнительно измеряют коэффициенты сопротивления и трения грунта дна, по которым определяют прочностные характеристики, коэффициенты сопротивления и трения измеряют посредством пенетрометра, установленного на донной сейсмической станции, причем устанавливают, по крайней мере, две донные сейсмические станции, посредством которых регистрируют микросейсмические волны, при анализе микросейсмических волн выделяют продольные микросейсмические волны и исключают из анализа поперечные микросейсмические волны посредством фазового амплитудного фильтра, при этом при анализе продольных микросейсмических волн выбирают все гармонические колебания, зарегистрированные двумя сейсмическими станциями одновременно и имеющие практически равные амплитуды, при этом угол между направлениями прихода микросейсмических сигналов одновременно от двух сейсмических станций, одна из которых расположена по нормали, составляет от 1 до 10°, при выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды, отличающийся тем, что при зондировании грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом дополнительно зондируют гидросферу, при этом исследуемую среду подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерно-магнитного резонанса, при этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, при этом измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты второго сверхтонкого перехода, дополнительно электронный парамагнитный резонанс подвергают оптическому детектированию, при этом спиновое состояние радикальной пары (синглетное или триплетное) изменяют вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитом поле, спектр электронного магнитного резонанса при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары аналитическим методом.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с зарегистрованной полной кривой спада и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле.

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность: заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с формой полной кривой спада, и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле.

Использование: для магниторезонансного обследования объектов. Сущность: заключается в том, что принимают множество групп магниторезонансных сигналов от объекта для различных положений опоры в двумерной области, причем по меньшей мере первое из положений и второе из положений смещены относительно друг друга в первом направлении, и причем по меньшей мере первое из положений и третье из положений смещены относительно друг друга во втором направлении, ортогональном первому направлению.

Предложен способ поиска и обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ, находящихся в неметаллической оболочке и в укрывающих средах. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения наркотического вещества.

Использование: для диагностической визуализации. Сущность: заключается в том, что выполняют комбинированное формирование изображений посредством РЕТ-МР томографии (позитронно-эмиссионная (РЕТ)-магниторезонансная (MP) томография) для создания гибридных или улучшенных изображений, которые объединяют в себе преимущества обоих способов воздействия.

Предложено устройство прецизионного перемещения полноразмерного керна в датчике ЯМР. Устройство содержит подающий и приемный конвейерные модули.

Использование: для детектирования трехчастотного ядерного квадрупольного резонанса. Сущность: заключается в том, что осуществляют облучение образца на частоте υ- первым радиочастотным импульсом, вторым радиочастотным импульсом на частоте υ0, импульсы прикладываются на частотах соответствующих ЯКР переходов, регистрация сигнала осуществляется на третьей частоте ЯКР υ+, при этом все катушки датчика взаимно ортогональны, причем применяется многоимпульсная последовательность, состоящая из составных (композитных) импульсов, в которой каждый импульс представляет собой комбинацию из трех импульсов - первый импульс прикладывается на частоте υ-, второй импульс прикладывается на частоте υ0, затем прикладывается третий импульс на частоте υ-, при этом первые N циклов многоимпульсной последовательности содержат композитный импульс, в котором второй импульс имеет фазу 0°, вторые N циклов многоимпульсной последовательности содержат композитный импульс, в котором второй импульс имеет фазу 180°, регистрация сигнала происходит на частоте υ+, далее происходит когерентное накопление полученных сигналов в каждой последовательности и последующим вычитанием из сигналов, накопленных после первых N импульсов, сигналов накопленных после вторых N импульсов.

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) для исследования и анализа веществ и может использоваться в исследовательских целях, в медицине, в установках таможенного досмотра багажа и осмотра входящей корреспонденции в почтовых учреждениях (письма, бандероли, посылки) без их вскрытия.

Использование: для измерения характеристик вещества методом ЯМР. Сущность: заключается в том, что для определения параметров самодиффузии исследуемого образца используют цикл импульсной последовательности, состоящий из заданного количества градиентных импульсов, длительность, форма, амплитуда и интервалы между которыми постоянны, и двух радиочастотных импульсов - 90-градусного и 180-градусного с интервалом т между ними, подаваемых в промежутках между третьим с конца и предпоследним градиентным импульсом и между предпоследним и последним градиентным импульсом соответственно. Амплитуда сигнала эха измеряется в момент его максимума - через время т после 180-градусного импульса или получается усреднением по интервалу времени вокруг этого момента. Для получения диффузионного спада циклы измерения повторяются с изменением одного из параметров цикла - амплитуды градиента, длительности градиентных импульсов или интервала между градиентными импульсами. Период повторения определяется временем релаксации образца. Положительный эффект достигается за счет установления квазистационарного состояния в серии градиентных импульсов, в результате чего последняя пара импульсов, входящая в измерительный цикл последовательности, становится близкой к эквивалентности. Технический результат: повышение точности получения диффузионного спада и определения коэффициента самодиффузии, расширение диапазона его измерения. 8 ил.

Использование: для оперативного контроля качества нефти и нефтепродуктов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют возбуждение в образце, помещенном в постоянное магнитное поле, сигналов спин-эхо протонного магнитного резонанса (ПМР) сериями радиочастотных импульсов, регистрируют амплитуды спин-эхо в эталонном и измеряемом образцах, причем в качестве эталонных образцов берут компоненты исследуемой смеси - воды и нефти (или нефтепродукта), измеряют эффективные времена спин-спиновой релаксации в эталонных и измеряемом образцах по начальным участкам огибающих эхо-сигналов в интервале, который выбирают определенным образом, при этом в образец добавляют компоненту смеси, обуславливающую величину сигнала ПМР компоненты с наименьшим содержанием, после чего определяют концентрацию воды и нефти согласно соответствующим математическим выражениям, кроме этого, дополнительно определяют интегральные параметры дисперсного распределения капель воды из времен спин-решеточной релаксации воды по определенной формуле. Технический результат: обеспечение возможности определения интегральных параметров дисперсного распределения капель воды. 4 ил.

Использование: для дистанционного обнаружения вещества посредством магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения запрещенных веществ, упакованных в неметаллическую оболочку. Технический результат: повышение помехоустойчивости приема сигналов и достоверности обнаружения вещества путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. 2 ил.

Изобретение относится к радиоспектроскопии ЯКР и может быть использовано для измерения размеров микрокристаллов, содержащих квадрупольные ядра. Способ включает регистрацию сигналов квадрупольного спинового эха, определение времени релаксации T 2 * посредством инверсии преобразования Лапласа, расчет эквивалентного радиуса гранул с помощью полученной формулы и предварительно измеренных констант, характерных для данного вещества. Измерения выполняются с помощью релаксометрии ядерного квадрупольного резонанса, а в качестве регистрируемого параметра используется время релаксации T 2 * . Техническим результатом изобретения является неразрушающий способ измерения размеров микрогранул в порошках, в микропористых и микрокомпозитных материалах, однозначно идентифицирующий материал измеряемых микрогранул, не требующий использования сильного поляризующего магнитного поля. 3 ил.

Использование: для измерения состава и расхода многокомпонентных жидкостей методом ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения состава и расхода многокомпонентных жидкостей с использованием метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) включает релаксометр ЯМР с датчиком, имеющим трубку, для облучения потока жидкости и получения сигналов спин-эхо ЯМР, по которым определяются параметры жидкости, систему пробоотбора, содержащую измерительную трубу, соединенную трубкой пробоотбора с релаксометром ЯМР, при этом измерительная труба имеет конический расширитель, а в трубке пробоотбора установлен патрубок, имеющий возможность перемещения по сечению конического расширителя, при этом конический расширитель расположен вертикально, в измерительной трубе, перед входом потока жидкости в конический расширитель, установлена защитная сетка, в коническом расширителе установлены тензометрические датчики давления, а в полости нижней части конического расширителя по периметру размещены зубчатые кольца, на трубке пробоотбора размещены электромагнитные катушки управления перемещением патрубка, при этом контроль перемещения патрубка по сечению конического расширителя осуществляется введенным контроллером, соединенным с электромагнитными катушками. Технический результат: исключение расслоения фаз в коническом расширителе измерительной трубы и возможности засорения патрубка пробоотбора асфальтено-смолистыми включениями и механическими примесями, обеспечение эффективной турбулизации и гомогенизации потока жидкости в коническом расширителе измерительной трубы, а также автоматизации процесса измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Использование: для разделения изображений воды и жира в магнитно-резонансной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют получение двух комплексных изображений I1 и I2 с различными временами эха, в которых сигналы от воды и жира находятся соответственно в фазе и в противофазе, вычисление значений фазы 2φ комплексного вектора I 2 = ( I 2 I 1 * / | I 1 | ) 2 для каждого пиксела матриц изображений, построение матрицы "развернутой" фазы 2φ и в диапазоне главных значений -180°…180° определение знака комплексного вектора Ie-iφu в каждом пикселе матрицы, формирование изображения по воде как полусуммы абсолютного значения изображения в фазе и изображения в противофазе, умноженного на знак Ie-iφu, изображения жира как полуразности абсолютного значения изображения в фазе и изображения в противофазе, умноженного на знак Ie-iφu, при этом оценивают усредненные градиенты изменения фазы полученных изображений жира и воды по формулам: GF=(|I1|-|I2|)2/NF при Ie-iφu<0 GW=(|I1|-|I2|)2/NW при Ie-iφu<0, сравнивают значения GF и GW и, в случае, если GF<GW, пиксели изображений жира и воды обменивают местами. Технический результат: повышение надежности правильной классификации изображений по воде и жиру. 7 ил.

Использование: для определения газохроматографичеких индексов удерживания соединений ряда О-алкилметилфторфосфонатов (ОАМФФ) по данным ЯМР 13С. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют построение корреляционных уравнений для известной выборки изомеров и последующее определение значения индексов удерживания неизвестных изомеров по установленной зависимости, при этом в качестве спектральной характеристики используется суммарное значение химических сдвигов ядер 13C атомов углерода, находящихся в разветвлении углеродного скелета О-алкильного радикала рассчитанных по спектрам ЯМР 13C. Технический результат: повышение достоверности и объективности определения газохроматографических индексов удерживания соединений ряда ОАМФФ. 2 ил., 5 табл.

Использование: для визуализации химических соединений. Сущность изобретения заключается в том, что собирают первые и вторые данные эхо-сигналов с разными временами появления эхо-сигнала, приводящими к первому и второму собранным комплексным наборам данных, моделируют первый и второй собранные наборы данных с использованием спектральной модели сигнала, по меньшей мере, одного из химических соединений, причем упомянутое моделирование приводит к первому и второму смоделированным комплексным наборам данных, причем упомянутые первый и второй смоделированные наборы данных содержат первую и вторую фазовые погрешности и раздельные наборы данных сигналов для двух химических соединений, определяют по первому и второму собранным наборам данных и первому и второму смоделированным наборам данных разделенные наборы данных сигналов для двух химических соединений. Технический результат: обеспечение возможности эффективного подавления сигнала от жира. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, травматологии и ортопедии и может быть использовано для диагностики контрактуры Дюпюитрена (КД) пальцев кисти. Методом МРТ со спектроскопией высокого разрешения в зоне интереса ладонного апоневроза кисти регистрируют время ядерной магнитной релаксации Т2 * на ядрах водорода изотропной составляющей сигнала СН2 группы липидов. Полученное значение коэффициента величины Т2 * подставляют в уравнение дискриминантного анализа: КД=-3,37+0,24·Т2 *. Ставят диагноз КД, если значение уравнения <0,313. Если значение уравнения ≥0,313, диагноз КД отвергают. Способ обеспечивает неинвазивную, в течение часа, верификацию диагноза КД на доклинической стадии, в отсутствие визуализируемых признаков контрактуры. 1 ил., 3 пр.

Использование: для обработки импульсных сигналов на основе ядерного спинового эха. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают ядерное спиновое эхо в магнитоупорядоченном рабочем веществе радиочастотными информационными и управляющими импульсами, при этом к рабочему веществу прикладывают импульсное магнитное поле, действующее на протяжении интервала времени, в течение которого на вещество поступают возбуждающие радиочастотные импульсы и возникают отклики рабочего вещества в виде полезных эхо-сигналов, при этом амплитуду импульсного магнитного поля задают из условия смещения доменных границ, при котором происходит подавление паразитных откликов. Технический результат: повышение степени подавления паразитных откликов с целью увеличения объема информации, обрабатываемой в единицу времени. 6 ил.

Изобретение относится к области нефтегазовой геологии и может быть использовано при поиске углеводородов. Сущность: выполняют съемку рельефа акватории. По результатам съемки выявляют затопленные речные долины, пересекающие континентальный шельф. Зондируют донные осадки акустическими импульсами. Восстанавливают слои грунта и донных отложений до глубин 2-4 км. Анализируют структурно-денудационные формы рельефа и выделяют терригенные отложения. При выявлении предпосылок существования нефтегазовых участков выполняют зондирование грунта когерентным импульсным протонным спиновым эхом. Выполняют томографическое восстановление изображения исследуемого геологического разреза грунта на уровне призматических кристаллов. Дополнительно устанавливают не менее двух донных сейсмических станций для регистрации и анализа микросейсмических волн. С помощью пенетрометров, размещенных на указанных сейсмических станциях, определяют коэффициенты сопротивления и трения грунта, по которым определяют его прочностные характеристики. После этого отбирают пробы горных пород и растительности вдоль водотоков. Пробы горных пород разделяют на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм. Первую фракцию анализируют на содержание Si, Al, Ti, Y, a вторую - на содержание Hg. Пробы растительности анализируют на содержание Ba, Cu, Pb, Zn, Ag. Результаты анализа фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций. Строят карты распределения указанных аддитивных показателей и Hg. Отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в ряду Si, Al, Ti, Y-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Hg-Ba, Cu, Pb, Zn, Ag-Si, Al, Ti, Y, с нефтегазоперспективными участками. Анализируют водную толщу на содержание метана. Определяют координаты газового образования. При выявлении разливов транспортируемого жидкого продукта с образованием нефтяного пятна процессы растекания и переноса нефти рассчитывают с учетом гидродинамических параметров водной среды. При зондировании грунта путем воздействия когерентным импульсным протонным спиновым эхом дополнительно зондируют гидросферу, при этом исследуемую среду подвергают одновременному воздействию СВЧ-излучения и переменного магнитного поля в области частот ядерно-магнитного резонанса, при этом СВЧ-излучение и постоянное магнитное поле поддерживаются в условиях резонанса, при этом измеряют уменьшение интенсивности одного сверхтонкого перехода при одновременном насыщении за счет большой мощности соответствующей СВЧ-частоты второго сверхтонкого перехода, дополнительно электронный парамагнитный резонанс подвергают оптическому детектированию, при этом спиновое состояние радикальной пары изменяют вынужденным путем, вызывая спиновые переходы партнеров пары под действием резонансного микроволнового поля во внешнем магнитом поле, спектр электронного магнитного резонанса при этом регистрируется путем изменения выхода продуктов из радикальной пары аналитическим методом. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа, повышение достоверности выявления перспективных нефтегазовых участков. 1 ил.

Наверх