АКУСТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2012, том 58, № 3, с. 356-369
АКУСТИКА ОКЕАНА. ^^^^^^^^^^^^ ГИДРОАКУСТИКА
УДК 502.04
МОНИТОРИНГ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ
© 2012 г. А. Н. Рутенко, Д. И. Боровой, В. А. Гриценко, П. С. Петров, В. Г. Ущиповский, M. Boekholt*
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева 690041 Владивосток, ул. Балтийская 43 Е-таП: rutenko@poi.dvo.ru *Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд. 693020 Южно-Сахалинск, ул. Дзержинского 35 Поступила в редакцию 30.06.2011 г.
Приведено описание акустического мониторинга параметров сейсморазведочных импульсов на северо-восточном шельфе о. Сахалин на границе прибрежного Пильтунского района кормления серых китов во время проведения 4-Б сейсморазведочных исследований на Пильтун-Астохском месторождении углеводородов. Акустические измерения проводились в частотном диапазоне 2— 15000 Гц с помощью 12 автономных подводных акустических регистраторов, из которых 3 были установлены на 10 м изобате, а 9 были оснащены цифровыми радиотелеметрическими каналами и установлены приблизительно на 20 м изобате вдоль линии протяженностью 20 км. В реальном времени на береговой радиоприемный пост из 9 точек наблюдения по цифровым радиотелеметрическим каналам поступали акустические данные, измеренные в частотном диапазоне 2—2000 Гц. В работе экспериментально и теоретически исследовано влияние гидрологии и батиметрии на распространение сейсморазведочных импульсов в прибрежную зону.
Ключевые слова: сейсмоакустические измерения, антропогенные шумы, о. Сахалин, шельф, моделирование акустических полей, нестационарное волновое уравнение.
ВВЕДЕНИЕ
Мелководная (6—15 м) область шельфа о. Сахалин, начинающаяся к югу от входа в Пильтун-ский залив и продолжающаяся в северном направлении, является наиболее важным районом летне-осеннего нагула охотско-корейской (западной) популяции серых китов [1], которая занесена в категорию "находящихся под угрозой исчезновения" Красной книги России и "находящихся под критической угрозой исчезновения" Международным союзом охраны природы (ШСМ). На рис. 1 видно, что этот район кормления серых китов расположен вблизи нефтегазодобывающей платформы "Моликпак", с помощью которой осваивают Пильтун-Астохское месторождение углеводородов. При установке у северной границы месторождения второй платформы "ПА-Б" и во время строительства, связующего ее с платформой "Моликпак" и берегом подводного нефтегазового трубопровода, компания, Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд.", являющаяся оператором по проекту "Саха-лин-2" во время проведения основных строительных операций в реальном времени следила за уровнем антропогенных акустических шумов на границах данного района, чтобы минимизиро-
вать их воздействие на серых китов и, в случае их превышения предварительно заданных значений, оперативно провести соответствующие шумопо-
Рис. 1. Карта района с указанием точек излучения 8 и приема М, Я, Р акустических сейсморазведочных импульсов.
МОНИТОРИНГ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ
Я
50 -IР, Па,
-50 :
_1_
50 50
50 50
50 50
50 50
р, Па, Я2
_|_1_
р, Па, Я3
_|_1_
р, Па, Я4
р, Па, Я5
3__
50 -\
50
50 50 Ч
50-5050 50
р, Па, Яб
р, Па, Я7
р, Па, Я8
р, Па, Я9
_1_
_|_1_
_|_1_
_|_1_
_|_1_
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0
г, с
Рис. 2. Акустические сигналы, синхронно измеренные в 9 точках акустического мониторинга с помощью АПАР-Р и принятые на береговом радиоприемном посту. Сейсморазведочный сигнал был излучен в точке 85.
нижающие мероприятия [2—4]. Для рационального освоения этого месторождения необходимо периодически проводить сейсморазведочные исследования с применением мощных пневмоизлу-чающих систем [2]. Энергия формируемых ими сейсмоакустических импульсов распространяется в район кормления серых китов. Поэтому компания в 2010 г. приняла решение, чтобы во время проведения сейсморазведки в реальном времени с помощью 9 акустических станций с цифровыми радиотелеметрическими каналами (АПАР-Р) следить за параметрами акустических импульсов на восточной границе Пильтунского района кормления серых китов.
Отметим, что в этом же году оператором по проекту "Сахалин-5" — "РН-Шельф-Дальний Восток" в летне-осенний период проводились сейсморазведочные работы на Лебединском лицензионным участке. Исследования проводились с помощью стационарно укладываемых на дне и на берегу приемных линий, оснащенных гидрофонами и геофонами. Это позволило применить в море пневматические источники меньшей мощности, чем при исследованиях, проводимых с помощью буксируемых приемных систем [2]. Для организации мониторинга в реальном времени акустических шумов и параметров низкочастот-
ных акустических импульсов было принято решение установить в море три цифровые акустические станции, связанные с береговым постом 2.5 км кабельными линиями. По результатам их синхронных измерений в реальном времени оценивался радиус окружности вокруг излучающего судна, соответствующий уровню среднеквадратичного значения вариаций акустического давления в импульсе, равному 160 дБ отн. 1 мкПа, и, если с борта излучающего судна обнаруживали серого кита в зоне г < гй, то излучение сейсмоим-пульсов прекращалось. Подробное описание методики и результатов этого мониторинга представлено в работе [5].
На рис. 1 приведена карта района с указанием точек Я1-Я9, в которых в реальном времени проводились акустические измерения. Кроме того, внутри района кормления, примерно на 10 м изобате были установлены 3 автономных подводных акустических регистратора (АПАР) без радиотелеметрических каналов. Анализ параметров акустических импульсов проводился в реальном времени на береговом радиоприемном посту, туда же поступала информация от наблюдателей за распределением и поведением китов, и, при необходимости, излучение сейсморазведочных импуль-
сов прекращалось. На рис. 2 приведен пример акустических сигналов, которые видел на дисплее ЭВМ дежурный оператор во время работы сей-сморазведочного судна.
Графики р(г), представленные на этом рис. 2, иллюстрируют особенности распространения типового сейсморазведочного импульса в прибрежной акватории северо-восточного шельфа о. Сахалин, а также качество акустических измерений, проводимых в реальном времени. Отметим, что такие измерения проводились непрерывно в период с 10 июня по 5 июля без единого отказа в работе АПАР-Р. В результате этого мониторинга был получен уникальный экспериментальный материал, который с разрешения компании "Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд." мы частично используем в этой статье.
АППАРАТУРА И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
Измерения вариаций акустического давления в частотном диапазоне 2—15000 Гц проводились у дна с помощью изготовленных и поверенных в ФГУП "ВНИИФТРИ" гидрофонов типа Ги-50 с модифицированным предварительным усилителем, обеспечивающим его работу на малых глубинах в районе с быстрыми приливными течениями. Основным измерительно-регистрационным устройством является АПАР, который с помощью 16-разрядного АЦП обеспечивает преобразование аналогового напряжения с выхода гидрофона в цифровой код, записываемый на жесткий диск бортовой ЭВМ [6]. При электропитании от аккумуляторов АПАР обеспечиваются непрерывные измерения в течение 26 суток. Для кратковременных (до 7 суток) автономных акустических измерений применяется мини-АПАР, благодаря малым размерам и весу он легко устанавливается в море и поднимается на борт судна. Для организации акустического мониторинга АПАР был дооснащен цифровым (16-разрядным) радиотелеметрическим каналом — АПАР-Р [7]. По нему часть акустических данных измеренных в частотном диапазоне 2—2000 Гц при отношении мощности сигнала к шуму не менее 96 дБ передается на радиоприемный пост, который может быть организован на берегу с применением узконаправленных многоэлементных антенн или на борту судна с применением коллинеарных антенн. Цифровая 24-разрядная кабельная телеметрия, примененная в акустических станциях на Лебединском лицензионном участке, обеспечила акустические измерения в частотном диапазоне 2—1400 Гц при отношение мощности сигнала к шуму не ниже 135 дБ [5]. Из рис. 1 видно, что расстояние от крайних точек линии акустического мониторинга до берегового радиоприемного поста составляет 12 км.
Включение передающих радиостанций в этих АПАР-Р в режиме 5 Вт обеспечило надежную передачу цифрового кода на береговой пост во всех гидрометеорологических условиях, которые наблюдались в период наблюдений.
Постановки АПАР, АПАР-Р и мини-АПАР в море осуществлялись с борта НИС "Павел Горди-енко". С помощью судового эхолота проводился промер глубин, а гидрологические измерения проводились с помощью автономного зонда Sea-Bird. При подъеме акустических станций применялась моторная лодка типа "Зодиак", оборудованная специальной электрической лебедкой, и судовой кран. При анализе акустических импульсов во временной и частотной области мы будем пользоваться следующими величинами: ♦Пиковое значение амплитуды импульса — максимальное значение модуля вариаций звукового давления в импульсе: Ppeak = maxp(t)| или P =
'max| p(t)\N
= 20 lg
Po
, дБ.
♦ Параметры импульса оцениваются на временном интервале Т*, соответствующем 90% энергии импульса.
Энергия импульса E =
Í
уровень
С
акустического
p2(t)dt, где t2 — ti = T*, воздействия SEL =
= i0lg
f
p (t)dt
Pot o
, дБ.
У
• Среднеквадратичное значениеp(t) в импульсе — а = ^EjT*, соответственно S = 20lg х
1 Оценка спектральной плотности мощности
(спектр) G(f) = 10 lg
g(f w
2
Po
, дБ.
♦ Зависимость параметров акустического импульса Р(г), ББЬ(г), 8(г) от расстояния г до точки излучения.
♦Время г в с, р0 = 1 мкПа, г0 = 1 с, g(f) — спектральная плотность мощности, А/" = 1 Гц.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ В СТОРОНУ БЕРЕГА
Перед началом сейсморазведки был проведен эксперимент с целью построения эмпирических функций Р(г), БЕЬ(г) и Б(г) для акустических импульсов, формируемых в данной акватории излучающей системой сейсморазведочного судна при
X
р, Па, М1 6000 5000 40
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.