О когерентности импульсных сейсмоакустических источников . . .

О когерентности импульсных
сейсмоакустических источников в ледовых условиях

1 Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород, Россия

2 ООО “ГЕОДЕВАЙС”, г. Санкт-Петербург, Россия

3 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Автор для переписки: А.И. Коньков, e-mail: magister44@yandex.ru

Описаны морские источники сейсмоакустических сигналов электроискрового и взрывного типа, которые могут применяться для решения задач инженерной сейсморазведки на акваториях. Задача возбуждения волн поверхностного типа в условиях акватории (и тем более при наличии ледового покрова) является достаточно актуальной по причине интенсивного развития поверхностно-волновых методов в наземной сейсмологии. В работе представлены результаты натурного эксперимента в ледовых условиях Ладожского озера по регистрации сейсмоакустических сигналов в водной толще (при помощи гидрофонов) и на берегу (с использованием сейсмического приёмника). Обработка и анализ экспериментальных данных продемонстрировали возможность применения процедуры когерентного накопления для импульсного источника типа “спаркер” с целью повышения отношения сигнал/шум исходных гидроакустических и сейсмических данных. Получены волновые формы сигналов, принимаемых в толще воды и на берегу, при прохождении берегового клина в присутствии ледового покрова, выполнена оценка коэффициента когерентности сигналов, излученных спаркером и сейсморужьем, проанализирована зависимость сигнал/шум от количества суммируемых импульсов при когерентном накоплении. Полученный результат свидетельствует о высоком качестве разработанного в компании ГЕОДЕВАЙС электроискрового комплекса и демонстрирует принципиальную возможность использования спаркера для возбуждения сейсмических волн, в том числе поверхностного типа.

Ключевые слова: сейсмический источник, морская сейсморазведка, сейсмоакустика, спаркер, ледовый покров, поверхностные волны, когерентное накопление

Цитируйте эту статью как: Коньков А.И., Манаков С.А., Преснов Д.А. О когерентности импульсных сейсмоакустических источников в ледовых условиях // Сейсмические приборы. 2019. Т. 55, № 4. C.51–60. https://doi.org/ 10.21455/ si2019.4-5

Настоящее исследование выполнено при поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 22.

Васильев Р.В., Владов М.Л., Стручков В.А., Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Шмурак Д.В. Новые лабораторные исследования электроискрового источника // Сборник трудов конференции Сейсмические технологии. М.: ИФЗ РАН, 2017. С.163–166.

Волков М.В., Григорьев В.А., Жилин И.В., Луньков А.А., Петников В.Г., Шатравин А.В. Мелководный акустический волновод арктического типа как канал для передачи информации при звукоподводной связи // Акустический журнал. 2018. Т. 64, № 6. С.676–681.

Калинин А.В. Сейсмоакустические исследования на акваториях. М.: Недра, 1983. 204 с.

Котов А.Н., Нумалов А.С., Преснов Д.А., Жостков Р.А. Сравнение различного рода источников сейсмических сигналов, не требующих спецоборудования // Тезисы докладов Научной конференции молодых ученых и аспирантов ИФЗ РАН, 23–24 апреля 2018 г. М.: ИФЗ РАН, 2018. С.49.

Лазарев В.А., Малеханов А.И., Мерклин Л.Р., Романова В.И., Стромков А.А., Таланов В.И., Хилько А.И. Экспериментальное исследование возможностей сейсмоакустического зондирования морского дна когерентными импульсными сигналами // Акустический журнал. 2012. Т. 58, № 2. С.227–236.

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

Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х т. М.: Мир, 1983.

Механизированные молоты. https://geodevice.ru/main/seismic/sources/awd

Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Груздев П.Д., Игнатьев В.И., Коньков А.И., Мореев А.Ю., Тарасов А.В., Шувалов А.А., Шуруп А.С. Томографическая оценка параметров водоема при наличии ледового покрова с использованием сейсмоакустических излучателей // Акустический журнал. 2019. Т. 65, № 5. С.688–698. https://doi.org/10.1134/S0320791919050186

Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Жостков Р.А., Собисевич Л.Е., Шуруп А.С., Лиходеев Д.В., Агафонов В.М. Геогидроакустический шумовой мониторинг подледных акваторий северных морей // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96, № 3. С.31–46. https://doi.org/10.21455/std2017.3-1

Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Агафонов В.М., Собисевич Л.Е. Вмораживаемый автономный геогидроакустический буй нового поколения // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 1. С.25–34. https://doi.org/10.21455/std2017.3-1

Собисевич А.Л., Разин А.В. Геоакустика слоистых сред. М.: ИФЗ РАН, 2012. 210 с.

Grandjean G., Bitri A. 2M-SASW: Multifold multichannel seismic in version of local dispersion of Rayleigh waves in laterally heterogeneous subsurfaces: application to the Super-Sauze earth flow, France // Near Surface Geophysics. 2006. V. 4. P.367–375. https://doi.org/10.3997/1873-0604.2006010

Ivanov J., Miller R., Lacombe P., Johnson C., Lane J.Jr. Delineating a shallow fault zone and dipping bedrock strata using multichannel analysis of surface waves with a land streamer // Geophysics. 2006. V. 71, N 5. P.A39–A42. https://doi.org/10.1190/1.2227521

Malovichko A., Anderson N., Malovichko D., Shylakov D., Butirin P. Active-passive array surface wave inversion and comparison to borehole logs in southeast Missouri // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2005. V. 10. P.243–250. http://dx.doi.org/10.2113/ JEEG10.3.243

Potty G., Miller J. Measurement and modeling of Scholte wave dispersion in coastal waters // AIP Conf. Proc. 2012. P.1495–1500. https://doi.org/10.1063/1.4765948

Sobisevich A.L., Presnov D.A., Zhostkov R.A., Sobisevich L.E., Shurup A.S., Likhodeev D.V., Agafonov V.M. Geohydroacoustic noise monitoring of under-ice water areas of northern seas // Seismic Instruments. 2018a. V. 54, N 6. P.611–618. https://doi.org/10.3103/S0747923918060105

Sobisevich A.L., Presnov D.A., Agafonov V.M., Sobisevich L.E. New-generation autonomous geohydroacoustic ice buoy // Seismic Instruments. 2018b. V. 54, N 6. P.677–681. https://doi.org/ 10.3103/S0747923918060117

Socco L., Foti S., Boiero D. Surface wave analysis for building near surface velocity models: established approaches and new perspectives // Geophysics. 2010. V. 75, N 5. P.A83–A102. https://doi.org/10.1190/1.3479491

КОНЬКОВ Андрей Игоревич – кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, Институт прикладной физики РАН. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, д. 46; директор по международному маркетингу, ООО “ГЕОДЕВАЙС”. 192148, г. Санкт-Петербург, ул. Ольги Берггольц, д. 36 лит. Б, корп. 2. E-mail: magister44@yandex.ru

МАНАКОВ Сергей Александрович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт прикладной физики РАН. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, д. 46. E-mail: manakovsergej@mail.ru

ПРЕСНОВ Дмитрий Александрович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: presnov@physics.msu.ru

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

1 Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod, Russia

3 Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Abstract. Marine sources of seismoacoustic signals of sparker and explosive type are described, which can be used to solve problems of engineering seismic survey in water areas. The problem of surface waves excitation in the conditions of water area (and moreover in the presence of ice cover) is quite relevant due to an intensive development of surface-wave methods in land seismology. The paper presents the results of in-situ experiment in the ice conditions of Lake Ladoga devoted to the registration of seismoacoustic signals in the water column (with hydrophones) and on shore (with seismic receiver). Processing and analysis of experimental data demonstrated

the possibility of applying the coherent integration procedure for an impulse source of sparker type in order to increase the signal-to-noise ratio of the initial hydroacoustic and seismic data. Waveforms of the signals received in the water column and on the shore were obtained when passing through a shore wedge in the presence of sheet ice. The coherence coefficient of the signals launched by a sparker and a seismic gun is estimated. The dependence of signal-to-noise ratio on the number of summed pulses during coherent integration was analyzed. The results obtained point to a high quality of the sparker complex developed in GEODEVICE and demonstrate the possibility in principle to use a sparker for launching seismic waves, including surface ones.

Keywords: seismic source, marine seismic, seismoacoustics, sparker, sheet ice, surface waves, coherent integration.

KONKOV Andrey Igorevich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, junior researcher, Institute of Applied Physics RAS. 603950, Nizhny Novgorod, ul. Ul'yanova, 46; international marketing director, GEODEVICE LLC. 192148, Saint Petersburg, ul. Olgi Berggolz 36, litera B, korpus 2. Tel.: +7(831) 416-47-81. E-mail: magister44@yandex.ru

MANAKOV Sergey Aleksandrovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, researcher, Institute of Applied Physics RAS. 603950, Nizhny Novgorod, ul. Ul'yanova, 46. Tel.: +7(831) 416-47-81. E-mail: manakovsergej@mail.ru

PRESNOV Dmitry Aleksandrovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, leading researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS. 123241, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7(499) 254-90-80. E-mail: presnov@physics.msu.ru

Cite this article as: Konkov A.I., Manakov S.A., Presnov D.A. On impulse seismoacoustic sources coherence in ice conditions, Seismicheskie Pribory, 2019, Vol. 55, no. 4, pp. 51–60. (in Russian). https://doi.org/10.21455/si2019.4-5

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2020, Volume 56.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. 2019. Том 55. № 4. C.51–60. https://doi.org/10.21455/si2019.4-5