Отработка методики проведения экспериментальных работ по изучению структуры…

Отработка методики проведения экспериментальных работ по изучению структуры морской земной коры
в различные сезоны года

© 2018 г. Г.И. Долгих, С.С. Будрин, С.Г. Долгих, А.А. Пивоваров,
А.Н. Самченко, В.А. Чупин, В.А. Швец,
А.Н. Швырёв, С.В. Яковенко, И.О. Ярощук

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, г. Владивосток, Россия

Автор для переписки: Г.И. Долгих, e-mail: dolgikh@poi.dvo.ru

Описана методика проведения экспериментальных работ по изучению структуры и состава морской земной коры в тёплые и холодные сезоны года. Методика базируется на применении на одном и том же полигоне низкочастотного гидроакустического излучателя электромагнитного типа, создающего в воде сложные фазоманипулированные сигналы (М-последовательности) с центральной частотой 33 Гц, и мобильного лазерного деформографа с длиной измерительного плеча 6 м. При глубине моря в месте излучения 14 м излучатель опускался на глубину 12 м. В ходе обработки полученных экспериментальных данных выделено по пять приходов на лазерный деформограф излучённых фазоманипулированных сигналов, которые распространялись по границам слоёв верхней части морской земной коры. Определены скорости распространения данных сигналов. В зимний период они примерно равны 2600, 2140, 1750, 1550 и 1280 м/c, а в весенний – 2250, 1950, 1700, 1480 и 1300 м/c. Расчётные значения скоростей хорошо сходятся с модельными данными. Полученные результаты в дальнейшем позволят создать технологию дистанционного изучения структуры и состава морской земной коры шельфовых зон, в том числе шельфовых зон, покрытых льдом, без его разрушения.

Ключевые слова: низкочастотный гидроакустический излучатель, фазоманипулированный сигнал, свёртка, лазерный деформограф, морская земная кора, скорости волн, модель.

Цитируйте эту статью как: Долгих Г.И., Будрин С.С., Долгих С.Г., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Чупин В.А., Швец В.А., Швырёв А.Н., Яковенко С.В., Ярощук И.О. Отработка методики проведения экспериментальных работ по изучению структуры морской земной коры в различные сезоны года // Сейсмические приборы. 2018. Т. 54, № 4. C.14–27. DOI: 10.21455/si2018.4-2

Авербах В.С., Артельный В.В., Боголюбов Б.Н., Вировлянский А.Л., Марышев А.П., Таланов В.И. Перспективные методы и технические средства сейсмоакустического зондирования шельфа и береговой зоны океана // Фундаментальные исследования океанов и морей. Кн. 2. М.: Наука, 2006. С.491–511.

Авербах В.С., Боголюбов Б.Н., Заславский Ю.М., Лебедев А.В., Марышев А.П., Постоенко Ю.К., Таланов В.И. Применение сложных фазоманипулированных сигналов для сейсмоакустического зондирования грунта гидроакустическим источником // Акустический журнал. 1999. Т. 45, № 1. С.5–12.

Акустика дна океана / Под ред. У. Купермана, Ф. Енсена. М.: Мир, 1984. 454 с.

Горбенко В.И., Жостков Р.А., Лиходеев Д.В., Преснов Д.А., Собисевич А.Л. Вопросы применимости молекулярно-электронных сейсмоприёмников в пассивной сейсморазведке на примере изучения глубинного строения калужской кольцевой структуры по данным анализа поверхностных волн // Сейсмические приборы. 2016. Т. 52, № 3. С.5–19. DOI: 10.21455/ si2016.3-1

Долгих Г.И. Лазерно-интерференционный комплекс // Сейсмические приборы. 2003. Т. 39. С.13–27.

Долгих Г.И., Ковалев С.Н., Корень И.А., Овчаренко В.В. Двухкоординатный лазерный деформограф // Физика Земли. 1998. № 11. С.76–81.

Долгих Г.И., Долгих С.Г., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Чупин В.А., Швырёв А.Н., Ярощук И.О. О перспективах применения лазерных деформографов для диагностики морского дна // Докл. РАН. 2013. Т. 452, № 3. С.321–325.

Долгих Г.И., Долгих С.Г., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Швырёв А.Н., Чупин В.А., Яковенко С.В., Ярощук И.О. Излучающая гидроакустическая система на частотах 19–26 Гц // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 4. С.137–141.

Долгих Г.И., Ярощук И.О., Пивоваров А.А., Пенкин С.И., Швырёв А.Н. Низкочастотная широкополосная гидроакустическая излучающая система // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 5. С.163–164.

Лебедев А.В., Малеханов А.И. Когерентная сейсмоакустика // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 7. С.579–597.

Самченко А.Н., Карнаух В.Н., Аксентов К.И. Геолого-геофизические исследования верхней части осадочного чехла и геоакустическая модель шельфа залива Посьета (Японское море) // Тихоокеанская геология. 2013. Т. 32, № 1. С.65–75.

Чупин В.А., Долгих Г.И. Развитие технологии диагностики морского дна с помощью низкочастотных гидроакустических излучателей и береговых лазерных деформографов // Вестник ДВО РАН. 2015. № 6. С.90–95.

Dettmer J., Holland C.W., Dosso S.E. Analyzing lateral seabed variability with Bayesian inference of seabed reflection data // J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 125, N 1. P.56–69.

Diez A., Bromirski P.D., Gerstoft P., Stephen R.A., Anthony R.E., Aster R.C., Cai C., Nyblade A., Wiens D.A. Ice shelf structure derived from dispersion curve analysis of ambient seismic noise, Ross Ice Shelf, Antarctica // Geophys. J. Int. 2016. V. 205. P.785–795. https://doi.org/ 10.1093/gji/ggw036

Dolgikh G.I., Budrin S.S., Dolgikh S.G., Ovcharenko V.V., Chupin V.A., Yakovenko S.V. Particulars of a transmitted acoustic signal at the shelf of decreasing depth // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 142, N 4. P.1990–1996. https://doi.org/10.1121/1.5006904

Dosso S.E., Nielsen P.L., Harison C.H. Bayesian inversion of reverberation and propagation data for geoacoustic and scattering parameters // J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 125, N 5. P.2867–2880.

Goh Y.H., Gerstoft P., Hodgkiss W.S. Statistical estimation of transmission loss from geoacoustic inversion using a towed array // J. Acoust. Soc. Am. 2007. V. 122, N 5. P.2571–2579.

Hamilton E.L. Geoacoustic modeling of sea floor // J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 68, N 5. P.1313–1340.

Tolstoy A. Matched Field Processing (MFP) – Based Inversion Method (SUB-RIGS) for Range-Dependent Scenarios // IEEE J. Ocean. Eng. 1999. V. 24, N 2. P.183–201.

Tolstoy A. Propagation model accuracy for MFP // J. Comp. Acoustics. 2000. V. 8, N 3. P.389–399.

Tolstoy A. Volumetric (tomographic) three-dimensional geoacoustic inversion in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 124, N 5. P.2793–2804.

Yang J., Jackson D.R., Tang D. Mid-frequency geoacoustic inversion using bottom loss data from the Shallow Water 2006 Experiment // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131, Pt. 2, N 2. P.1711–1721. https://doi.org/10.1121/1.3666009

Yardim C., Gerstoft P., Hodgkiss W.S. Sequential geoacoustic inversion at the continental shelf break // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131, Pt. 2, N 2. P.1722–1732. DOI: 10.1121/1.3666012

ДОЛГИХ Григорий Иванович – доктор физико-математических наук, академик РАН, заведующий отделом, заведующий лабораторией, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-23-52. E-mail: dolgikh@poi.dvo.ru

БУДРИН Сергей Сергеевич – научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-25-98. E-mail: ss_budrin@mail.ru

ДОЛГИХ Станислав Григорьевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-25-98. E-mail: sdolgikh@poi.dvo.ru

ПИВОВАРОВ Александр Александрович –научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-26-17. E-mail: pivovarov@poi.dvo.ru

САМЧЕНКО Александр Николаевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-26-17. E-mail: samchenco@poi.dvo.ru

ЧУПИН Владимир Александрович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-25-98. E-mail: chupin@poi.dvo.ru

ШВЕЦ Вячеслав Александрович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-25-98. E-mail: vshv@poi.dvo.ru

ШВЫРЁВ Алексей Николаевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-26-17. E-mail: shvyrev@poi.dvo.ru

ЯКОВЕНКО Сергей Владимирович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-25-98. E-mail: ser_mail@poi.dvo.ru

ЯРОЩУК Игорь Олегович – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43. Тел.: +7(423) 231-25-98. E-mail: yaroshchuk@poi.dvo.ru

English Translation: Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online),

Development of the technique
for experimental study of sea Earth crust structure
in different seasons

G.I. Dolgikh, S.S. Budrin, S.G. Dolgikh, A.A. Pivovarov, A.N. Samchenko,
V.A. Chupin, V.A. Shvets, А.N. Shvyrev, S.V. Yakovenko, I.O. Yaroshchuk

V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences,
Vladivostok, Russia

Abstract. A technique for experimental studies of the structure and composition of the marine crust during the warm and cold seasons of the year is described. The technique is based on the use of an electromagnetic-type low-frequency hydroacoustic emitter, creating complex phase-shift keyed signals (M-sequences) with a center frequency of 33 Hz in water, and a mobile laser strainmeter with a measuring arm length of 6 m. With a sea depth in the transmitter location of 14 m, the transmitter was submerged to a depth of 12 m. As a result of the obtained experimental data processing, in the laser strainmeter records five arrivals of the emitted phase-shift keyed signals were revealed. They propagated along the layer boundaries in the upper part of the marine crust. The propagation velocities are calculated as following: In winter approximately 2600, 2140, 1750, 1550 and 1280 m/s, and in spring 2250, 1950, 1700, 1480 and 1300 m/s. The calculated velocity values agree well with the model data. The results obtained will allow creating a technology for remote study of the structure and composition of the sea crust in the shelf zones, including those covered with ice, without destroying it.

Keywords: low-frequency hydroacoustic transmitter, phase-shift keyed signals, convolution, laser strainmeter, sea crust, wave velocities, model.

DOLGIKH Grigory Ivanovich – Doctor of Physics and Mathematics, Academician of the Russian Academy of Sciences, Department head, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: novikova@poi.dvo.ru

BUDRIN Sergey Sergeevich – Research Fellow, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: ss_budrin@mail.ru

DOLGIKH Stanislav Grigorievich – Ph.D., Senior Researcher, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far East Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st.
E-mail: sdolgikh@poi.dvo.ru

PIVOVAROV Alexander Alexandrovich – Researcher, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st.
E-mail: pivovarov@poi.dvo.ru

SAMCHENKO Alexander Nikolaevich – Ph.D., Senior Researcher, Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: samchenco@poi.dvo.ru

CHUPIN Vladimir Aleksandrovich – Ph.D., Senior Researcher, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: chupin@poi.dvo.ru

SHVETS Vyacheslav Aleksandrovich – Ph.D., Senior Researcher, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: vshv@poi.dvo.ru

SHVYREV Alexey Nikolaevich – Ph.D., Senior Researcher, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st.
E-mail: shvyrev@poi.dvo.ru

YAKOVENKO Sergey Vladimirovich – Ph.D., Senior Researcher, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: ser_mail@poi.dvo.ru

YAROSHCHUK Igor Olegovich – Doctor of Physics and Mathematics, Laboratory head, V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences. 690041, Vladivostok, 43 Baltiyskaya st. E-mail: yaroshchuk@poi.dvo.ru

Cite this article as: Dolgikh G.I., Budrin S.S., Dolgikh S.G., Pivovarov A.A., Samchenko A.N., Chupin V.A., Shvets V.A., Shvyrev А.N., Yakovenko S.V., Yaroshchuk I.O. Development of the technique for experimental study of sea Earth crust structure in different seasons. Seismicheskie Pribory, 2018, Vol. 54, no. 4, pp. 14–27. (in Russian). DOI: 10.21455/si2018.4-2

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2019, Volume 55, Issue 4.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. 2018. Том 54. № 4. C.14–27. DOI: 10.21455/si2018.4-2