Сейсмоакустика шельфовых морей: фундаментальные основы совершенствования технологий мониторинга

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены результаты разработки научных основ технологии пассивного геогидроакустического мониторинга покрытых льдом акваторий, включая теоретические исследования условий формирования и распространения волновых полей, порождаемых наведёнными геодинамическими процессами в слоистой структуре “литосфера – гидросфера – ледовый покров”. Рассмотрены задачи, касающиеся создания инновационных, экологически безопасных геофизических технологий оконтуривания локальных неоднородностей, а также конструирования опытных образцов, лабораторно-стендовых и натурных испытаний рабочих макетов вмораживаемых геогидроакустических буёв нового поколения. Особое внимание уделяется научно-практическому заделу в области развития методов пассивного геогидроакустического мониторинга северных морей России в условиях ледовитости.

Об авторах

Алексей Леонидович Собисевич

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sobisevich@yandex.ru

член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией 703

Россия, Москва

Владимир Петрович Дмитриченко

АО «Концерн “Морское подводное оружие – Гидроприбор”»

Email: dmitrichenko-v@yandex.ru

кандидат технических наук, начальник отделения

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Лавёров Н.П., Рослов Ю.В., Лобковский Л.И. и др. Перспективы донной сейсморазведки в Российской Федерации // Арктика: экология и экономика. 2011. № 4 (4). С. 4–13.
  2. Дынкин А.А. Международное сотрудничество в Арктике: риски и возможности // Вестник РАН. 2015. № 5–6. С. 404–412.
  3. Лавёров Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В. и др. Геодинамическая модель развития Арктического бассейна и примыкающих территорий для мезозоя и кайнозоя и внешняя граница континентального шельфа России // Геотектоника. 2013. № 1. С. 3–35.
  4. Артюшков Е.В., Чехович П.А. Хребет Ломоносова и Восточно-Арктический шельф – части единой литосферной плиты. Опыт сравнительного анализа строения сдвиговых зон // Доклады Академии наук. 2017. № 2. С. 196–200.
  5. Лавёров Н.П., Богоявленский В.И., Богоявленский И.В. Фундаментальные аспекты рационального освоения ресурсов нефти и газа Арктики и шельфа России: стратегия, перспективы и проблемы // Арктика: экология и экономика. 2016. № 2. С. 4–13.
  6. Конторович А.Э. Пути освоения ресурсов нефти и газа российского сектора Арктики // Вестник РАН. 2015. № 5–6. С. 420–431.
  7. Морская сейсморазведка / Под ред. А.Н. Телегина. М.: Геоинформмарк, 2004.
  8. Литвак А.Г. Акустика глубоководной части Северного Ледовитого океана и Арктического шельфа России // Вестник РАН. 2015. № 5–6. С. 449–463.
  9. Mordret A., Landès M., Shapiro N.M. et al. Ambient noise surface wave tomography to determine the shallow shear velocity structure at Valhall: depth inversion with a Neighbourhood Algorithm // Geophys. J. Int. 2014, vol. 198, pp. 1514–1525.
  10. Яновская Т.Б., Лыскова Е.Л., Королёва Т.Ю. Радиальная анизотропия верхней мантии Европы по данным поверхностных волн // Физика Земли. 2019. № 2. С. 3–14.
  11. Буров В.А., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. Использование в пассивной томографии океана низкочастотных шумов // Акустический журнал. 2008. № 1. С. 51–61.
  12. Godin O.A., Zabotin N.A., Goncharov V.V. Ocean tomography with acoustic daylight // Geophys. Res. Lett. 2010, vol. 37, L13605.
  13. Кульчин Ю.Н., Каменев О.Т., Петров Ю.С. и др. Разработка физических основ низкочастотной акустической томографии на арктическом шельфе волоконно-оптическими сейсмоприёмниками // Известия РАН. Серия физическая. 2018. № 5. С. 556–559.
  14. Johansen T.A., Ruud B.O., Tømmerbakke R., Jensen K. Seismic on floating ice: data acquisition versus flexural wave noise // Geophysical Prospecting. 2019, vol. 67, pp. 532–549.
  15. Serripierri A., Moreau L., Boue P. et al. Recovering and monitoring the thickness, density, and elastic properties of sea ice from seismic noise recorded in Svalbard // The Cryosphere. 2022, vol.16, pp. 2527–2543.
  16. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Собисевич Л.Е., Шуруп А.С. О локализации геологических отдельностей арктического шельфа на основе анализа модовой структуры сейсмоакустических полей // Доклады Академии наук. 2018. № 1. С. 80–83.
  17. Krylov A.A., Novikov M.A., Kovachev S.A. et al. Features of Seismological Observations in the Arctic Seas // J. Mar. Sci. Eng. 2023, vol. 11, 2221.
  18. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Шуруп А.С. Фундаментальные основы совершенствования пассивных сейсмогидроакустических методов исследования шельфа Арктики // Акустический журнал. 2021. № 1. С. 72–97.
  19. Mikhalevsky P.N., Sagen H., Worcester P.F. et al. Multipurpose acoustic networks in the integrated Arctic Ocean observing system // Arctic. 2015, vol. 68, pp. 11–27.
  20. Дмитриченко В.П. Гидроакустические антенны подводных аппаратов. СПб.: АО «Концерн “МПО – Гидроприбор”», 2024.
  21. Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. Определение параметров ледового покрова с помощью сейсмоакустического шума // Акустический журнал. 2023. № 5. С. 637–651.
  22. Тихоцкий С.А., Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. Использование низкочастотных шумов в пассивной сейсмоакустической томографии дна океана // Акустический журнал. 2021. № 1. С. 107–116.
  23. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Тубанов Ц.А. и др. Байкальский сейсмоакустический эксперимент // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. № 1. С. 82–86.
  24. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Агафонов В.М., Собисевич Л.Е. Вмораживаемый автономный геогидроакустический буй нового поколения // Наука и технологические разработки. 2018. № 1. С. 25–34.
  25. Дмитриченко В.П., Преснов Д.А., Руденко О.В. и др. Патент на изобретение № RU2646528 “Способ поиска полезных ископаемых на шельфе морей, покрытых льдом”. Дата приоритета 07.12.2016 г., опубликовано 05.03.2018 г., бюлл. № 7.
  26. Curtis A., Gerstoft P., Sato H. et al. Seismic interferometry –Turning noise into signal // The Leading Edge. 2006, vol. 25, pp. 1082–1092.
  27. Godin O.A. Acoustic noise interferometry in a time-dependent coastal ocean // J. Acoust. Soc. Am. 2018, vol. 143, pp. 595–604.
  28. Shapiro N.M., Campillo M., Stehly L., Ritzwoller M.H. High-resolution surface-wave tomography from ambient seismic noise // Science. 2005, vol. 307 (5715), pp. 1615–1618.
  29. Snieder R., Wapenaar K. Imaging with ambient noise // Physics Today. 2010, vol. 63, pp. 44–49.
  30. Weaver R.L., Lobkis O.I. Ultrasonics without a source: Thermal fluctuation correlations at MHz frequencies // Phys. Rev. Lett. 2001, vol. 87, 134301.
  31. Пескин М., Шредер Д. Введение в квантовую теорию поля. Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2001.
  32. Weaver R.L., Lobkis O.I. Ultrasonics without a source: Thermal fluctuation correlations at MHz frequencies // Phys. Rev. Lett. 2001, vol. 87, 134301.
  33. Буров В.А., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. Использование коротких искривлённых вертикальных антенн в акустической томографии океана // Акустический журнал. 2009. № 2. С. 232–246.
  34. Гордиенко В.А., Ильичёв В.И., Захаров Л.Н. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Наука, 1989.
  35. Сергеев С.Н., Шуруп А.С., Годин О.А. и др. Выделение акустических мод во Флоридском проливе методом шумовой интерферометрии // Акустический журнал. 2017. № 1. С. 73–83.
  36. Кулаков И.Ю. Взгляд на процессы под вулканами через призму сейсмической томографии // Вестник РАН. 2013. № 8. С. 698–698.
  37. Чеботарёва И.Я. Методы пассивного исследования геологической среды с использованием сейсмического шума // Акустический журнал. 2011. Т. 57. С. 844–853.
  38. Горбатиков А.В. Патент на изобретение № RU2271554 “Способ сейсморазведки”, дата приоритета 25.03.2005 г., бюлл. № 7.
  39. Собисевич А.Л., Разин А.В. Геоакустика слоистых сред. М: ИФЗ РАН, 2012.
  40. Яновская Т.Б. Поверхностно-волновая томография в сейсмологических исследованиях. СПб.: Наука, 2015.
  41. Presnov D.A., Sobisevich A.L., Shurup A.S. Model of the geoacoustic tomography based on surface-type waves // Physics of Wave Phenomena. 2016, vol. 24, pp. 249–254.
  42. Bensen G.D., Ritzwoller M.H., Barmin M.P. et al. Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements // Geophys. J. Int. 2007, vol. 169, pp. 1239–1260.
  43. Marsan D., Weiss J., Larose E., Metaxian J.-P. Sea-ice thickness measurement based on the dispersion of ice swell // J. Acoust. Soc. Am. 2011, vol. 131, pp. 80–91.
  44. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973.
  45. Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997.
  46. Преснов Д.А., Жостков Р.А., Гусев В.А., Шуруп А.С. Дисперсионные зависимости упругих волн в покрытом льдом мелком море // Акустический журнал. 2014. № 4. С. 426–436.
  47. Агафонов В.М., Егоров И.В., Шабалина А.С. Принципы работы и технические характеристики малогабаритного молекулярно-электронного сейсмодатчика с отрицательной обратной связью // Сейсмические приборы. 2013. № 1. С. 5–18.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты численного моделирования случайного шумового поля, принимаемого двумя разнесёнными на плоскости приёмниками а – пространственное распределение случайных шумовых источников (точки) относительно приёмников (треугольники); б – взаимокорреляционные функции двух разнесённых в пространстве приёмников, которые получены с учётом вклада различных групп источников, отмеченных соответствующим цветом; вертикальные чёрные линии соответствуют истинным временам распространения сигналов между приёмниками [18]

Скачать (36KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Макет вмораживаемого геогидроакустического информационно-измерительного буя (а) и амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики молекулярно-электронных сейсмоприёмников (CME-4211V) и эталонных маятниковых сейсмоприёмников Guralp (CMG-3ESP) и Streckeisen (STS-1V/VBB) (б) 1 – первичный преобразователь; 2 – элементы питания; 3 – цифровой регистратор и блок электроники

Скачать (31KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дисперсионные зависимости основных мод сейсмогидроакустического поля при глубине водоёма 30 м и толщине льда 1 м (а) и дисперсионные кривые изгибно-гравитационных волн для различных значений толщины льда (б) [18]

Скачать (26KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема проведения экспериментов в ледовых условиях 1 – макет геогидроакустического буя; 2 – векторный пьезокерамический приёмник; 3 – маятниковый сейсмометр СМ3-ОС; 4 – донный молекулярно-электронный сейсмоприёмник; 5 – гидрофон; 6 – цифровой регистратор; 7, 9 –импульсные воздействия на поверхности льда и на дне; 8 – импульсный источник в толще воды

Скачать (30KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Пример синхронной записи сигнала от импульсного источника сейсмометрами на дне (внизу) и на поверхности льда (вверху)

Скачать (28KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».