Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Шуруп А.С. «Сейсмоакустические методы оценки параметров волноводов арктического типа: теоретические аспекты и практические измерения» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 78 (2024)

Арктика является одним из наиболее перспективных регионов Земли как с точки зрения поиска и освоения полезных ископаемых, так и в силу усиливающегося геополитического значения этого региона. Эффективные методы мониторинга арктического региона основаны на использовании сейсмоакустических полей, генерируемых индуцированными геодинамическими процессами в системе “литосфера–гидросфера–ледяной покров”. Эти волновые поля содержат полезную информацию о глубинных подземных структурах и гидроакустической обстановке в регионе, что позволяет разрабатывать технологии мониторинга больших пространств воды, покрытых слоем льда в Северном Ледовитом океане. На примере обработки экспериментальных данных, полученных при помощи геофонов и нового класса буев вмораживаемого типа, установленных на ледовом покрове и измеряющих вертикальную компоненту колебательной скорости, демонстрируется возможность оценки частотно-временных характеристик отдельных модовых, составляющих полного сейсмоакустического поля, формирующихся в ледовых условиях. Приводятся результаты экспериментальных работ, проведенных на Земле Франца-Иосифа, на Ладожском озере и Байкале. Описывается опыт использования как одиночных автономных датчиков, так и протяженных антенн. Проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей распространения сейсмоакустических сигналов в условиях акватории, покрытой льдом в рамках стандартной математической модели арктического волновода в виде “литосфера–гидросфера–ледяной покров”. Показано теоретически и подтверждено в натурных экспериментах, что интенсивные шумы льда могут быть полезны для оценки физических параметров ледового покрова. С использованием метода шумовой интерферометрии и геогидроакустических ледовых буев нового поколения показана возможность измерения групповой скорости изгибно-гравитационной волны в ледовом покрове вдоль достаточно протяженной трассы. Выполненная инверсии данных пассивного эксперимента показала согласие с результатами прямых контактных измерений. Развиваемая технология мониторинга физических параметров акватории при наличии ледового покрова в автономном – не требующем участия человека режиме, представляется перспективной, в особенности для применения в крайне суровых условиях Арктики. Содержание охватывает основные положения монографии авторов “Сейсмоакустика шельфовых морей”, принятой к публикации в 2024 году

Гусева Е.К., Голубев В.И., Петров И.Б. «Определение индикаторов миграции газа в недрах вечной мерзлоты методами численного моделирования» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 78-79 (2024)

Интенсивная эмиссия метана в атмосферу в прибрежных зонах Арктического региона может представлять опасность для окружающей среды из-за повышения температуры и усиления парникового эффекта. Дополнительно взрывной выброс газа может привести к разрушению инфраструктуры. В связи с этим появляется необходимость выявления газовых карманов, что может быть сделано, например, методами сейсмической разведки. Численное моделирование процесса распространения сейсмических волн в гетерогенных средах позволяет получить синтетический сейсмический сигнал от заданных моделей геологической среды. В работе строится макет слоистого многомерзлого песчаного грунта с криволинейными границами между пластами и различным числом газовых резервуаров. Изменение положения резервуаров моделирует распространение метана в вертикальном и горизонтальном направлениях. Для описания сейсмических волн в данных моделях используется определяющая система уравнений изотропной линейной теории упругости. Для ее численного решения в двумерной постановке применяется сеточно-характеристический метод. Источник сейсмического сигнала – точечный, со временной зависимостью импульс Рикера частотой 30 Гц. Проведенные расчеты позволяют зарегистрировать на дневной поверхности поверхностные и кратные волны. В работе большое внимание уделяется изучению трансформации отклика от группы резервуаров при увеличении их количества, оцениваются изменения времен пробега отдельных волн. Полученные результаты могут быть использованы для повышения достоверности интерпретации натурных исследований.

Жарков Д.А., Жостков Р.А. «Чувствительность поверхностной волны рэлеевского типа к изменению упругих параметров слоистых сред» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 79 (2024)

На основе модели плавного перехода (отсутствие потерь энергии при переходе поверхностной волны из одной среды в другую), проанализированы зависимости относительной амплитуды вертикальной компоненты смещений поверхностной волны рэлеевского типа от изменения скоростей продольных и поперечных волн в плоскослоистых системах. Показано, что относительный вклад скоростей упругих волн существенно зависит от выбора модели и частоты. Для однослойной системы амплитуда наиболее чувствительна к изменению скорости продольных волн. Для двухслойной системы при изменении параметров верхнего слоя вклад обоих скоростей сопоставим. В случае же изменения параметров нижнего слоя вклад изменения скорости поперечных волн становится больше. Для трехслойной системы при изменении параметров среднего слоя относительный вклад в изменение амплитуды скоростей упругих волн существенно меняется в зависимости от частоты. Отсюда следует, что без априорных ограничений на параметры среды, некорректно говорить о том, что амплитуда вертикальной компоненты поверхностной волны чувствительна только к одному параметру среды, например, к скорости поперечных волн. Хотя на доминантной частоте (на которой наблюдается наибольшая чувствительность) преобладает вклад скорости поперечных волн. При этом соответствующее значение доминантной длины волны, как показано на примере пятислойной системы, зависит от контраста между слоями и лежит в пределах от 2 до 3 толщин слоя, что подтверждает более ранние исследования.

Лебедев А.В., Манаков С.А. «Экспериментальное исследование медленной релаксации скорости звука в карбонатной горной породе» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 79-80 (2024)

Представлены результаты комплексных исследований медленной релаксации скорости звука в структурно-неоднородных материалах после вибрационного воздействия конечной амплитуды деформаций. Результаты получены на созданной для этих исследований экспериментальной установке, обеспечившей высокую точность измерений линейных и нелинейных акустических характеристик различных материалов. Приведены результаты экспериментального исследования релаксации в карбонатной горной породе, представляющей собой структурно-неоднородный материал со сложной системой внутренних связей. Измерения позволили определить зависимости параметров релаксации от амплитуды и времени возбуждения, а также эффекты, обусловленные конечной амплитудой зондирующей волны. Дана интерпретация полученных результатов и отмечены эффекты, не получившие исчерпывающего объяснения.

Фаворская А.В., Кожемяченко А.А., Петров И.Б. «Моделирование упругих волновых явлений сеточно-характеристическим методом на химерных расчетных сетках» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 80 (2024)

Рассматриваются различные модификации сеточно-характеристического метода на Химерных (наложенных) расчетных сетках для решения задач о распространении пространственных динамических волновых процессов в сложных гетерогенных средах: прямые задачи сейсмической разведки, ультразвуковой дефектоскопии, неразрушающего контроля, вибраций железнодорожного полотна при движении поезда. Прямые задачи о расчете сейсмических и ультразвуковых волн могут служить как итеративный элемент решения обратной задачи методами инверсии, так и для генерации выборок, служащих для обучения нейронных сетей, решающих соответствующие обратные задачи. Использование Химерных (наложенных) расчетных сеток позволяет точно описывать границы и контактные границы сложной формы внутри области интегрирования: учитывать сложную форму геологических слоев, наличие пор и трещин, сложную форму железнодорожных рельсов, особенностей строения железнодорожных путей (учет характеристик шпал, демпферов, насыпи, осадочных пород, наличия каверн под насыпью). Суть данного класса численных методов заключается в том, что используются одна или несколько фоновых декартовых расчетных сеток, покрывающих всю область интегрирования. А вдоль границ и контактных границ сложной формы строятся тонкие Химерные расчетные сетки, которые могут быть как декартовыми повернутыми, так и криволинейными структурированными для описания границ произвольной формы. Между фоновыми и Химерными расчетными сетками осуществляется интерполяция. Таким образом, удается сэкономить вычислительные ресурсы, так как количество вычислительных операций и затрат оперативной памяти при использовании фоновых декартовых сеток существенно меньше, чем при использовании Химерных сеток.

Фатьянов А.Г. «Метод Зоммерфельда для расчета акустических волн от жесткого штампа» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 80 (2024)

На основе решения задачи дифракции на сегменте зеркала развит новый метод расчета акустических волн от вибрирующего жесткого штампа. Решение ищется с помощью минимизации целевого функционала. Данный метод построения решения допускает бесконечное количество математически корректных решений. И только одно из них будет давать физически верное решение. Для выбора единственного решения в настоящее время повсеместно используется поведение решения в окрестности точки разрыва краевых условий (условия на ребре). В работе, следуя Зоммерфельду, для выбора единственного физически верного решения в минимизируемом функционале выражения приводятся к безразмерному виду. В итоге задача сведена к решению СЛАУ. Это позволило создать метод расчета волновых акустических полей для произвольного радиуса жесткого штампа. Применительно к вибрационным задачам получено решение для невесомого штампа в явном виде (в спектральной области). Это позволило создать метод устойчивого вычисления вибрационных волновых полей на телесейсмические расстояния. Созданная параллельная программа позволяет проводить расчеты на персональных компьютерах. Приведены расчеты полного волнового поля для жесткого штампа. Проведено сравнение волновых полей для невесомого штампа и распределенной силы.