Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.14 Акустика морских осадков, ледяного покрова, подводная сейсмоакустика

 

Уваров В.В., Калинина В.И., Курин В.В., Хилько А.А., Хилько А.И. «Физическое моделирование когерентного сейсмоакустического зондирования морского дна» Труды XXI научной конференции по радиофизике. Нижний Новгород, 15–22 мая 2017 г., с. 382-383 (2017)

Натурные измерения, представляя решающее значение в исследовании метода когерентного сейсмоакустического зондирования морского дна, являются весьма затратными. Для апробирования возможностей такого метода измерения проводились в контролируемых условиях в бассейне с помощью установки, позволяющей моделировать процессы отражения звука от дна в виде набора упругих слоев.

Труды XXI научной конференции по радиофизике. Нижний Новгород, 15–22 мая 2017 г., с. 382-383 (2017) | Рубрики: 07.14 09.04

 

Калинина В.И., Смирнов И.П., Хилько А.А., Хилько А.И. «Реконструкция геоакустических параметров дна морского шельфа при зондировании когерентными сейсмоакустическими импульсами» Труды XXI научной конференции по радиофизике. Нижний Новгород, 15–22 мая 2017 г., с. 384-385 (2017)

Использование когерентных сейсмоакустических (СА) источников, имеющих относительно малую мощность излучения, позволяет достигнуть необходимой эффективности СА зондирования морского дна с учетом выполнения экологических требований. Оцениваемыми параметрами отраженных от донных слоев сжатых и отфильтрованных импульсов являются их толщина, плотность, скорость продольных и поперечных волн, а также декремент затухания. Реконструкция строения морского дна, в общем случае некорректная обратная задача, может быть сведена к оценке значений параметров донных слоев методом статистической проверки гипотез, в качестве которых выступает модель слоистого пространства. Использование оптимальных решающих статистик позволяет обеспечить заданную достоверность оценок глубины слоя при наблюдении сигналов, уровень которых на 5–10 дБ меньше уровня, который требуется при той же достоверности, но при использовании классической согласованной фильтрации (корреляционного метода). Эффективность реконструкции параметров донных слоев определяется также и адекватностью модели формирования полезных сигналов, которая должна быть построена с использованием априорных данных о структуре донных слоев. Адекватность используемой модели может обеспечить регуляризацию задачи и требуемую робастность алгоритма оценивания. Морфологические модели дна обычно представляются в виде совокупности n упругих слоев. При увеличении числа необходимых слоев число наблюдаемых параметров быстро возрастает. В частности, например, при модели из десяти слоев, полное число импульсов приближается к 106. Для преодоления такого рода трудностей можно использовать упрощенные модели, в которых учитываются только энергонасыщенные компоненты поля, которые несут необходимую информацию и при этом могут быть измерены с требуемой достоверностью. Такая модель будет выполнять процедуру регуляризации, отбрасывая в измеряемом поле все, что не может быть достоверно измерено. В рамках настоящего исследования для вычисления отраженных акустических полей в практических задачах используем известные уравнения и формулы Цеппритца. Анализ структуры отраженных от слоистого морского дна СА сигналов с помощью модели позволяет, используя аналитические зависимости параметров сигналов, применить при решении обратной задачи проекционный метод реконструкции параметров слоистого дна. По мере повышения номера оцениваемого слоя (увеличения глубины его залегания) ошибки при реконструкции нарастают, и реконструкция с заданной достоверностью становится невозможной

Труды XXI научной конференции по радиофизике. Нижний Новгород, 15–22 мая 2017 г., с. 384-385 (2017) | Рубрики: 07.14 09.04

 

Заславский Ю.М., Заславский В.Ю. «Численное моделирование донной волны, возбуждаемой на шельфе» Труды XXI научной конференции по радиофизике. Нижний Новгород, 15–22 мая 2017 г., с. 386-389 (2017)

Численное моделирование низкочастотного звукового поля в прибрежной шельфовой зоне, создаваемого гидроакустическими источниками, все активнее используется в задачах зондирования донного пространства, проводимого при геологоразведочных сейсмопоисковых изысканиях. Определенный интерес приобретает анализ характеристик донной квазирэлеевской поверхностной волны, которая генерируется в условиях мелководного шельфа и регистрируется наряду с другими типами волн. Среда на значительных масштабах вглубь суши вдоль границы с водой характеризуется практически теми же упругими параметрами, как и донная, причем донно-сейсмическая волна «просачивается» в эту область и регистрируется, в частности, береговыми деформографами (лазерными интерферометрами). Гидроакустические поля в шельфовой зоне исследуются подробно в течение длительного времени, причем актуальны также исследования донной волны, характеристики которой наиболее тесно связаны со структурой и составом донной среды. Достаточно полную картину волнового поля с учетом всех типов волн, принимающих участие в его формировании, позволяют получить численные конечно-элементные методы, реализуемые вычислительными пакетами. В данной работе указанное исследование выполнено на основе анализа акустического поля, порождаемого гидроакустическим источником, погруженным на глубину h в водную толщу (ρ’, c), имеющую полную глубинуH, ниже которой залегает полубесконечная упругая донная среда, имитируемая скальным грунтом (с параметрами (ρ’’, ci, ct). При численном моделировании для построения 3-х мерной волновой картины используется конечно-элементный метод. Анализируется гармонический волновой режим.

Труды XXI научной конференции по радиофизике. Нижний Новгород, 15–22 мая 2017 г., с. 386-389 (2017) | Рубрика: 07.14

 

Чупин В.А., Долгих Г.И., Самченко А.Н. «Неразрушающий бесконтактный метод исследования строения морского дна» Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 10, № 1, с. 9-15 (2017)

Приводится описание бесконтактного неразрушающего метода исследования структуры морского дна, использующего гидроакустическое и лазерное излучения, а также практическая реализация метода. Исследовательский комплекс включает применение новейшей низкочастотной гидроакустической излучающей системы и системы береговых лазерных деформографов, расположенных на специально выбранной морской акватории и береговой территории. Гидроакустические излучатели используются для генерации сейсмического сигнала. Регистрация сейсмических поверхностных волн осуществляется береговыми лазерными деформографами. Оптические части деформографов построены по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона, где в качестве источников излучения используются частотно-стабилизированные гелий-неоновые лазеры. С помощью геолого-геофизических методов была построена предварительная модель дна экспериментального полигона. На ее основе проведено исследование временных характеристик регистрируемых сейсмических волн. Доказана перспективность использованного метода исследования.

Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 10, № 1, с. 9-15 (2017) | Рубрика: 07.14

 

Каевицер В.И., Кривцов А.П., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В. «Опыт проведения исследований дна и донных отложений арктических морей гидролокационными комплексами с ЛЧМ зондирующими сигналами» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 6-16 (2017)

Для решения задач информатизации арктических районов, освоения месторождений углеводородов, обеспечения судоходства по Северному морскому пути, охраны государственных границ одним из важных направлений является создание отечественных средств освещения подводной обстановки, картографирования дна и донных отложений. Проявления глобального потепления в Арктике, в последние годы, привело к существенному улучшению ледовой обстановки и возможности проведения гидрографических работ с существенно меньшими затратами. Потребовалось создание отечественных гидролокационных систем для оборудования исследовательских судов. В статье рассмотрен опыт разработок в ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН гидролокационных комплексов, обладающих высокой энергетикой и помехозащищенностью при использовании сложных зондирующих сигналов (линейная частотная модуляция) и оптимальных методов обработки эхосигналов. Разработанный гидролокационный комплекс АГПС-200 был успешно применён для изучения и мониторинга морского дна при выполнении проекта “Поларнет” в сложных ледовых условиях Арктики. На основе полученного опыта для решения поставленной задачи разработан и создан экспериментальный образец малогабаритного гидролокационного комплекса АГПС-300 ”Кедр”. Комплекс совмещает в себе интерферометрический и амплитудный гидролокатор бокового обзора, высокочастотный промерный эхолот и низкочастотный профилограф с единым управляющим контроллером, одной регистрирующей вычислительной машиной. При этом зондирующие импульсы всех систем излучаются одновременно, что снижает влияние приборов друг на друга, обеспечивая электрическую и акустическую совместимость. Приведены примеры практического применения малогабаритного многофункционального гидролокационного комплекса нового поколения АГКПС 300 «Кедр» по трехмерному акустическому картированию морского дна в Баренцевом море при глубинах 200–300 метров. Обнаружен район с большим количеством выходов газа, маркируемых покмарками. Проведена научная интерпретация данных проявлений с точки зрения геологического и тектонического строения дна данного района. Подтверждена перспективность применения разработанного гидролокационного комплекса и программно-технических средств для обеспечения научных и инженерных исследований дна на шельфе, в том числе и арктических морей.

Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 6-16 (2017) | Рубрики: 07.14 07.18

 

Зотов О.Д., Завьялов А.Д., Гульельми А.В., Лавров И.П. «О возможном эффекте кругосветных поверхностных сейсмических волн в динамике повторных толчков сильных землетрясений» Физика Земли, № 1, с. 187-201 (2018)

С использованием сотен главных толчков и тысяч афтершоков продемонстрировано существование эффекта кругосветных поверхностных сейсмических волн (условно назовем их “кругосветное сейсмическое эхо”), и выполнен анализ его проявлений в динамике повторных толчков сильных землетрясений. Вместе с тем авторы далеки от мысли о полной доказанности эффекта. Мы излагаем лишь одну из версий своего видения физических причин наблюдаемого явления и анализируем закономерности его проявления. Эффект заключается в том, что поверхностные волны, возбужденные в очаге землетрясения при главном толчке, совершают полный оборот вокруг Земли и возбуждают сильный афтершок в эпицентральной зоне главного толчка. Физическая природа эффекта, по мнению авторов, состоит в том, что благодаря эффекту суперпозиции происходит концентрация волновой энергии при достижении сходящимися поверхностными волнами эпицентральной зоны (кумулятивный эффект). Наиболее четко проявляется эффект первого сейсмического эха. Тем самым в данной работе подтверждена гипотеза авторов об активизации разрушения горных пород под кумулятивным воздействием кругосветного сейсмического эха на очаговую область, разгружающуюся (“остывающую”) после главного толчка. Установлены пространственные закономерности проявления эффекта и обнаружена независимость вероятности его возникновения от магнитуды главного толчка. Эффект кругосветного сейсмического эха может быть использован для повышения надежности прогноза сильных афтершоков при определении сценария развития сейсмического процесса в эпицентральной зоне произошедшего сильного землетрясения.

Физика Земли, № 1, с. 187-201 (2018) | Рубрики: 07.14 09.07

 

Ковачев С.А., Хортов А.В. «Оценка максимальных сейсмических воздействий для юго-восточной Балтики и Самбийского полуострова на основе анализа исторических данных и информации, получаемой с помощью донных сейсмографов» Естественные и технические науки, № 11, с. 59-63 (2017)

На юго-восточном шельфе Балтийского моря на основе данных об исторических и инструментальных землетрясениях района обнаружен сейсмоактивный линеамент, проходящий по дну Балтийского моря и ориентированный в северо-восточном направлении. Выделенный сейсмоактивный линеамент определяет основную сейсмическую опасность юго-восточной части Балтийского моря и Самбийского полуострова.

Естественные и технические науки, № 11, с. 59-63 (2017) | Рубрики: 07.14 09.07

 

Стурова И.В. «Движение внешней нагрузки по полубесконечному ледяному покрову в докритическом режиме» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 51-60 (2018)

Рассмотрена пространственная задача об установившихся вынужденных колебаниях жидкости и полубесконечного ледяного покрова под действием локализованной внешней нагрузки, движущейся вдоль его прямолинейного края с постоянной скоростью. Проведен анализ двух случаев, в одном из которых вне ледяного покрова поверхность жидкости является свободной, а в другом – жидкость ограничена твердой вертикальной стенкой и край ледяного покрова, примыкающий к стенке, может быть как защемленным, так и свободным. Ледяной покров моделируется тонкой упругой изотропной пластиной, плавающей на поверхности жидкости конечной глубины. Предполагается, что скорость движения нагрузки не превышает минимальной фазовой скорости изгибно-гравитационных волн (докритический режим). Решение линейной задачи получено с помощью интегрального преобразования Фурье и сращивания разложений по вертикальным собственным функциям для потенциала скоростей. Приведены примеры численного исследования возмущений ледяного покрова и жидкости.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 51-60 (2018) | Рубрика: 07.14

 

Семенов К.К., Нуднер И.С., Лебедев В.В., Захаров Ю.Н., Зимин А.И., Стуколов С.В. «Лабораторные и численные исследования профиля волн цунами, распространяющихся по ровном дну» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 5-15 (2017)

Представлены результаты изучения характеристик профиля волн цунами, полученных в лабораторных условиях, при распространении над ровным дном. Выполнено исследование зависимости скорости нарастания переднего фронта, характеристик диспергирующего хвоста волны, длительности основного волнового импульса от ее высоты для различных значений глубины. С применением методов математической обработки данных показан преимущественно линейный характер данной зависимости. В работе представлено сравнение профиля волны, зафиксированного в ходе опытных исследований, с результатами численных расчетов, описывающих процесс генерации волны лабораторным волнопродуктором. Вычисления выполнялись с применением математических моделей, основанных на потенциальной теории идеальной несжимаемой жидкости (метод граничных элементов) и на теории вязкой несжимаемой двухкомпонентной жидкости (метод конечных разностей). Полученные результаты могут быть использованы в инженерных расчетах характеристик воздействий волн цунами на гидротехнические сооружения, для апробации численных моделей, описывающих процессы генерации и распространения волн цунами – в том числе в лабораторных условиях. Настоящая статья является продолжением исследований авторского коллектива, направленных на разработку математической модели возникновения и распространения одиночных волн в физическом эксперименте.

Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 5-15 (2017) | Рубрика: 07.14

 

Дорфман А.А., Печенин С.А., Семенов К.К., Нуднер И.С., Максимов В.В. «Воздействие волны цунами на морские гидротехнические сооружения и береговые объекты» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 16-30 (2017)

Изложен расчетный метод, позволяющий определить основные характеристики воздействия волн цунами на морские гидротехнические сооружения и объекты, размещенные в береговой зоне. Учет различных по форме объектов делает изложенный в работе подход полезным для получения оценок при решении различных прикладных задач, в том числе для расчета критериев безопасности сооружений и объектов при планировании строительства в цунамиопасных районах. В работе представлена математическая модель, используемая для количественного описания процесса взаимодействия волн цунами с морскими сооружениями и позволяющая определить значения коэффициентов давления и силы. Дана классификация береговых и прибрежных сооружений по степени их проницаемости для водного потока, выделяющая разные типы взаимодействия волнами цунами с ними. Даны формулы и соотношения, позволяющие рассчитать величины действующей на сооружения и объекты нагрузки в зависимости от их характеристик. Представлены выражения для хорошо проницаемых объектов; указаны формулы для плохо проницаемых объектов при воздействии на них фронта потока, образованного волнами цунами, и при стадии их квазистационарного обтекания волнами цунами.

Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 16-30 (2017) | Рубрика: 07.14

 

Беляев Н.Д., Лебедев В.В., Алексеева А.В., Нуднер И.С., Семенов К.К., Щемелинин Д.И. «Исследования изменений структуры грунта при воздействии волн цунами на гидротехнические сооружения» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 44-52 (2017)

Работа посвящена исследованию изменений структуры грунта у оснований морских гидротехнических сооружений, вызванных воздействием на них волн цунами. Представлены результаты выполненных экспериментальных исследований для двух видов сооружений: морской ледостойкой стационарной платформы гравитационного типа и берегоукрепления откосного типа с защитным слоем из наброски. В ходе опытных исследований воздействия волн цунами на морскую платформу гравитационного типа были получены сформировавшиеся профили дна и выполнен их анализ. В результате получены количественные сведения о степени разрыхления грунта у основания платформы. Полученные данные свидетельствуют о возможной независимости значения степени разрыхления грунта от числа Эйлера, характеризующего интенсивность волнового воздействия на грунт. Экспериментальные исследования воздействия волн цунами на берегоукрепительное сооружение откосного типа показали, что фильтрационные потоки, возникающие в теле наклонной грани сооружения, в результате воздействия волны цунами способствуют изменению структуры каменной наброски, которое приводит к увеличению пористости грунта, слагающего тело сооружения. Отмечено качественное подобие следствий воздействия волн цунами на грунт и на набросные элементы гидротехнического сооружения.

Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 44-52 (2017) | Рубрики: 07.14 10.06

 

Максимов В.В., Нуднер И.С., Лебедев В.В., Семенов К.К., Кшевецкий С.П., Амосов А.А. «Взаимодействие волн цунами с откосными сооружениями» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 53-60 (2017)

Выполнен краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований по проблеме воздействия волн цунами на элементы откосных сооружений. Приведены авторские результаты экспериментальных и теоретических исследований, которые были положены в основу руководящих документов при проектировании морских защитных гидротехнических сооружений и Свода Правил «Здания и сооружения в цунамиопасных районах. Правила проектирования», вышедшего под эгидой Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации в 2017 г. Исследовалось влияние шероховатости сооружений на величину наката одиночной волны. Расчеты проводились с использованием модели длинных волн, полученной профессором Алешковым Ю.З., реализованной разностной схемой второго порядка. В данной работе рассмотрены защитные сооружения в виде откоса с вертикальной стенкой и откоса с бермой и вертикальной стенкой. Приведено сравнение расчетных данных с данными экспериментальных исследований для двух относительных высот волны. В завершающей части приводятся новые результаты, полученные при численном моделировании цунами на основе полных уравнений Эйлера (авторами построена новая, полностью консервативная схема второго порядка для численной реализации этих уравнений), и рассматриваются перспективы дальнейшего изучения проблемы взаимодействия цунами с защитными сооружениями.

Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 10, № 4, с. 53-60 (2017) | Рубрика: 07.14

 

Смирнов И.П., Калинина В.И., Хилько А.И. «Восстановление параметров морского дна при когерентном сейсмоакустическом зондировании. i. решающие правила» Акустический журнал, 64, № 1, с. 46-55 (2018)

Разработаны алгоритмы реконструкции геоакустических параметров донных слоев с использованием параметрических моделей формирования сигналов, отраженных от слоистого полупространства при когерентном зондировании дна морского шельфа. Предложен метод послойной реконструкции, позволяющий осуществлять эффективный поиск решения в многопараметрическом пространстве при ограничении априорных данных. DOI: 10.7868/S0320791918010173

Акустический журнал, 64, № 1, с. 46-55 (2018) | Рубрики: 07.14 12.02

 

Бошенятов Б.В. «О вихревом механизме подавления волн цунами подводными преградами» Доклады академии наук, 477, № 3, с. 485-487 (2017)

На основе интегральных законов сохранения потока массы и энергии разработана теоретическая модель, объясняющая эффект аномального подавления энергии (до 70%) волн типа цунами тонкими (по сравнению с длиной волны) подводными преградами. Показано, что аналитические зависимости для коэффициентов отражения и прохождения волн через подводную преграду, полученные на основе предложенной автором теоретической модели, соответствуют результатам экспериментов и численному моделированию на основе полных уравнений Навье–Стокса.

Доклады академии наук, 477, № 3, с. 485-487 (2017) | Рубрики: 07.14 09.10

 

Носов М.А. «Адаптация расчетной сетки при моделировании волн цунами» Математическое моделирование, 29, № 12, с. 63-76 (2017)

Описаны принципы и методика адаптации неструктурированной расчетной сетки к распределению глубин океана для длинноволновых моделей цунами. Показано, что для адекватного воспроизведения цунами в рамках теории длинных волн возмущение, вводимое в модель, должно быть сглажено или отфильтровано для устранения короткопериодных компонентов, подверженных фазовой дисперсии. Предложена явная формула для определения периода среза фильтра. Выполнены оценки относительной вычислительной эффективности использования неструктурированных сеток, адаптированных к распределению глубин, по сравнению с регулярными сетками. Показано, что использование неструктурированных сеток может обеспечить выигрыш в вычислительной эффективности до нескольких тысяч раз.

Математическое моделирование, 29, № 12, с. 63-76 (2017) | Рубрики: 04.12 07.14