Наука и технологические разработки: статья

Аннотация: Изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований структуры волновых геогидроакустических полей, формирующихся в северных морях, покрытых сплошным льдом. Построена упрощенная математическая модель, учитывающая экспериментальные данные, показавшие, что наибольшее влияние на процесс генерации различных типов геогидроакустических волн в системе «литосфера - гидросфера - ледовый покров» оказывает водный слой с ледовым покровом. Структура морского дна влияет главным образом на характеристики распространяющихся волн, а не на генерацию новых мод. Результаты математического моделирования стали основой для разработки новых технологий локализации неоднородностей, применимых в условиях покрытой льдом акватории. Основная отличительная особенность новой разрабатываемой технологии мониторинга среды в условиях покрытого льдом моря - возможность измерения параметров шумовых сигналов без применения активных источников геогидроакустического излучения. Наиболее перспективными для использования в условиях северных морей оказываются методы, основанные на измерении характеристик волн поверхностного типа, в частности методы микросейсмического зондирования и шумовой томографии. Комплексирование этих методов объединяет в себе достижения пассивной геофизики последних лет и учитывает особенности гидроакустики. При этом для получения информации о среде распространения волн используются и амплитудные, и фазовые характеристики волнового поля. Для выделения в записях волн того или иного типа использованы методы пространственно-временной обработки сигнала с соответствующим выбором частотного диапазона. Описано созданное авторами новое поколение сейсмогидроакустических вмораживаемых информационно-измерительных модулей (буев), снабженных векторными и молекулярно-электронными первичными преобразователями. Информационно-измерительные модули предназначены для использования в составе распределенных антенных систем ледового класса, применение которых позволит вести круглогодичный мониторинг северных морей, покрытых сплошными льдами. Исследования особенностей функционирования вмораживаемых ледовых информационно-измерительных систем и проверка полученных теоретических результатов были выполнены в ходе полевых работ в феврале 2017 г. На каждом измерительном пункте приемная система состояла из трех эталонных устройств, обеспечивающих измерения на дне, в водной толще и на поверхности льда. Макеты испытываемых геогидроакустических буев вмораживались в точках, разнесенных на расстояние в один километр. В качестве излучателей использовалось падающие грузы массой 32 кг. Использование контролируемого возмущения при проведении ледовых экспериментов позволило получить качественные спектрограммы геогидроакустических возмущений в слоистых структурах и приступить к анализу дисперсионных кривых. При исследовании фундаментальной донной моды в качестве источника сигнала использовался подводный взрыв на глубине 10 м. Сейсмогидроакустические вмораживаемые информационно-измерительные модули успешно выдержали ледовые испытания в натурных условиях при низких температурах, продемонстрировав стабильность получаемой сейсмогидроакустической информации. Полученные экспериментальные данные находятся в хорошем соответствии с теоретическими оценками, выполненными в рамках созданной модели слоистой геологической среды. Комплекс выполненных работ показал, что в естественных шумах моря содержится полезная информация, которая отражает внутреннюю структуру морского дна и водного слоя, и позволил разработать аппаратурно-методические основы шумовой технологии локализации неоднородных образований в водной среде и слоистых донных структурах северных морей с помощью пассивного мониторинга микросейсмического шума.