Анализ результатов профилирования мелководного прибрежного участка морского дна

Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2009 год № 2

05.00.00 Технические науки

УДК 542.34

Г.В.Косарев

Косарев Георгий Валерьевич - ст. науч. сотр. лаборатории гидроакустических навигационных систем Института проблем морских технологий ДВО РАН. E-mail: gor@marine.febras.ru

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ МЕЛКОВОДНОГО ПРИБРЕЖНОГО УЧАСТКА МОРСКОГО ДНА

Представлены результаты профилирования мелководного прибрежного участка морского дна. Проводится сравнительный анализ амплитуд эхосигналов для классификационной оценки различных типов грунта.

Ключевые слова: профилирование морского дна.

Georgy V. Kosarev

ANALYSIS OF PROFILING RESULTS OF COASTAL ZONE OF SEA BOTTOM

IN SHALLOW WATER AREA

The article presents the results of profiling a hallow-water coastal area of sea bottom. To classify various types of ground, a comparative analysis of echo signals amplitudes was carried out.

Key words: profiling of sea bottom.

Профилирование донных осадков является мощным средством изучения строения морского дна. Использование малогабаритного низкочастотного профилографа, установленного на борту автономного подводного аппарата АНПА, с ЛЧМ-зондирующими сигналами, цифровой системой формирования зондирующего сигнала, сбора, отображения и обработки данных, разработанного в Институте проблем морских технологий ДВО РАН для обследования рельефа

дна и донных отложений, поиска объектов на дне и в толще дна, подтвердило его высокие эксплуатационные возможности [1-2]. Полоса рабочих частот профилографа - от 2,5 до 8 кГц, акустическое давление, создаваемое при излучении на расстоянии 1 м от антенны - не менее 5000 Па. Разрешающая способность при определении глубины залегания осадочных слоев - не хуже 0.3 м. Глубина прозвучивания зависит от литологического состава придонной части разреза. На «песчаных» разрезах, на грубообломочных участках и скальных выходах она не превышает 3-4 м, на участках с неконсолидированными и сла-боконсолидированными обычно тонко-слоистыми глинистыми и органоминеральными грунтами глубинность возрастает до 30-40 м.

В состав профилографа входит акустическая антенна, состоящая из двух одинаковых приёмно-передающих модулей. Каждый модуль представляет собой пьезокерамический стержневой преобразователь.

Актуальным остаётся вопрос о разработке методов распознавания профилограмм - стратификации донных отложений. Знание физических свойств морских осадков (пористости, плотности, скорости распространения волн, анизотропии скорости, поглощения волн) и их взаимосвязи необходимо при интерпретации результатов исследования характеристик морского грунта. Осадочные породы имеют различное происхождение, их толщина колеблется от нескольких сантиметров до сотен метров. В зависимости от плотности они делятся на рыхлые осадки (ил, глина, илистый и глинистый песок, водонасыщенный песок), полууплотненные (песок, мягко-пластичная глина, песчаная глина, рыхлый известняк) и уплотненные (сцементированный известняк, каменный обломочный материал).

Основные акустические характеристики донных грунтов представлены в таблице.

Анализ амплитуд эхосигналов и их спектра позволяет выполнить оценку акустических характеристик грунта, на основании которой рассчитываются классификационные признаки, позволяющие отнести тип грунта к одному из классов.

Количественный анализ эхосигнала заключается в оценке амплитуд сигналов (пиков огибающей эхо-трассы), отраженных от границы вода-дно и поддонных слоев.

Таблица

Основные акустические характеристики донных грунтов

Тип грунта Коэффи- циент отражения Плотность

Ил газонасыщенный - 0 3 1 - о 5 1.1-1.4 0.5-1.4 0.8-0.9

Ил жидкий < 0,15 1.45-1.5 1.1-1.2 0.04

Ил глинистый 0,15-0,2 1.45-1.46 1.4-1.5 0.08-0.1

Ил с алевритом и песком 0,2 -0,27 1.41-1.48 1.6-1.7 0.2-0.3

Пески тонко и мелкозернистые 0,27-0,30 1.55-1.60 1.95-2.03 0.4-0.5

Пески крупнозернистые с гравием 0,30-0,35 1.515-1.557 1.86-2.11 0.7

Гравий 0,35-0,4 1.55-1.65 2.05-2.3 0.9

Глины мягкопластичные 0,25-0,30 1.4-1.6 1.5-1.88 0.2-0.4

Глины плотные 0,3-0,42 1.52-1.59 1.82-1.98 0.48-061

Выходы коренных пород Скальные кристалл Скалн.осад.происх. Литоф.осад.породы 0,4 -0,62 >6.6 3.6-6.6 3.1-4.0 >2.9 2.35-2.9 2.4-2.7 0.05-0.4

В результате комплексного анализа классификационных признаков с учетом особенностей литологической структуры донных грунтов удается разделить морские осадки на следующие литологические группы: илы, глины, пески, скальный грунт. Для решения задачи по приблизительной классификации донных осадков, как правило, используют сформированную базу данных отраженных эхосигналов в комплексе с набранными грунтодобывающими приборами пробами грунта, информационными данными об осадках и породах с карт и отчетов проектов глубоководного бурения.

Профилирование мелководного участка проводилось в заливе Петра Великого, бухте Троицы. АНПА двигался по поверхности со средней скоростью 1,1 м/с (2,1 узла). Длина обследуемого участка составляла 2570 м. Геологическое строение бассейна залива и геоакустическая модель подробно представлены в работе [1].

На профилограмме (см. рис.) хорошо выделяются области со следующими типами грунтов: 1 - многослойные неконсолидированные илистые отложе-

ния (рыхлый кремнисто-глинистый осадок), заполняющие морские впадины бывшие некогда руслами рек, 2 - плотные осадочные породы (песчаник крупный алеврит), 3 - выходы скальных пород. На профилограмме четко видно второе отражение от дна в областях с типом грунта 2,3. Области, где имеются выходы скальных пород, подтверждены НЧ ГБО съемкой, которая проводилась одновременно с профилографической.

На основании анализа полученных результатов измеренные уровни амплитуд отраженных сигналов от рыхлого илистого осадка в 3,8 раза меньше, чем от плотных осадочных пород, и в 4,2 раза меньше, чем от скальных пород. Полученные соотношения подтверждают соотношение данных, приведенных в таблице.

Профилограмма дна залива Петра Великого, бухты Троицы. Общая длина обследуемого участка - 2570 м. Типы грунта: 1 - илистые отложения; 2 - плотные осадочные породы;

3 - выходы скальных пород

Таким образом, на основании приведенных результатов можно приблизительно делать прогноз по литологическому составу грунта. Для наиболее полного анализа свойств грунта - гранулометрического и вещественного, в соот-

ветствии с таблицей, необходимо иметь точно откалиброванный приемоизлучающий тракт и соответствующую ему базу данных.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Косарев Г.В., Ларионов Ю.Г. Использование акустического профилографа, на борту АНПА, для исследования структуры морского дна // Технические проблемы освоения Мирового океана: материалы международ. науч.-техн. конференции. Владивосток: Дальнау-ка, 2007. С. 360-363.

2. Косарев Г.В., Ларионов Ю.Г. Использование акустического профилографа на борту АНПА для исследования структуры глубоководного участка дна в Северном Ледовитом океане // Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики: тр. IX всеросс. конф. СПб.: Наука, 2008. С. 152-154.

3. Свининников А.И. Петрофизика западной части Тихого океана и окраинных морей востока Азии. Владивосток: Дальнаука, 2004. 278 с.