Связь обратного акустического рассеяния с характеристиками морского дна и газовых эманаций тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им В И ИЛЬИЧЕВА

На правах рукописи—

Юсупов Владимир Исаакович

СВЯЗЬ ОБРАТНОГО АКУСТИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МОРСКОГО ДНА И ГАЗОВЫХ ЭМАНАЦИЙ

Специальность 01 04 06 - акустика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Владивосток 2007

003055634

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте им В И Ильичева Дальневосточного отделения Российской Академии наук

Научный руководитель

Кандидат физико-математических наук

Саломатин А С

Официальные оппоненты

Доктор физико-математических наук

Буланов В А

Кандидат технических наук

Золотарев В В

Ведущая организация

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В В Куйбышева), г Владивосток

Защита состоится 27 апреля 2007 г в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 005 017 01 в Тихоокеанском океанологическом институте им В И Ильичева ДВО РАН по адресу 690041, г Владивосток, ул Балтийская, 43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН Автореферат разослан «j_Qj> марта 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Будущее человечества тесно связано с океаном, который обладает богатейшими минеральными и энергетическими ресурсами Развитие методов исследования океана является чрезвычайно актуальным Для изучения океана широко используются акустические методы, среди которых особое место занимают дистанционные методы, основанные на обратном высокочастотном, с точки зрения эхолокации дна, рассеянии Использование высокочастотных акустических сигналов позволяет добиться хорошего пространственного разрешения, приводит к уменьшению стоимости, размеров и веса акустических систем и является более экологичным, поскольку сопровождается уменьшением травмирующего действия морских животных Данные методы успешно применяются для исследования различных характеристик дна океана и позволяют значительно повысить эффективность поисковых, экспериментальных работ и существенно расширить круг решаемых задач Актуальным является развитие методов дистанционного акустического зондирования для исследования месторождений полезных ископаемых на поверхности морского дна, в частности, баритовой минерализации В пределах суши месторождения этого ценного минерала встречаются редко и объем разведанных запасов весьма ограничен Актуальным является развитие данных методов для изучения газовых эманаций дном океана в виде «газовых факелов» (ГФ), что подтверждается большим количеством публикаций на эту тему В частности, это необходимо для оценки вклада потока метана в процесс глобального изменения климата Земли, при исследовании вертикального транспорта кислорода, бактерий, осадков, нефти, поверхностно активных и питательных веществ При этом наибольший практический интерес заключается в возможности обнаружения и оконтуривания перспективных месторождений метана и его газогидрата Актуальным является использование дистанционных акустических методов для оперативного изучения термического состояния верхнего осадочного слоя океанского дна, например, при иссле-

довании распределения субаквальной мерзлоты и стабильности газогидратов на шельфе Арктики

Цель диссертационной работы заключается в установлении связи характеристик баритовой минерализации, газовых эманации и температуры верхнего слоя морского дна с обратным высокочастотным акустическим рассеянием и развитии методик дистанционного акустического зондирования на основе выявленных закономерностей

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи

1 Построение по данным экспериментальных исследований эхолока-ционных моделей баритовой минерализации и глубоководных ГФ

2 Определение и обоснование связи обратного высокочастотного акустического рассеяния с температурой верхнего слоя морского дна

3 Создание методики определения выходов газогидратов к поверхности дна, а также параметров баритовой минерализации и ГФ

4 Апробация выявленных связей и методик путем сравнения с данными независимых наблюдений и проведения статистического анализа

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применялись методы дистанционного акустического моностатического зондирования, вейвлет-анализа, статистического анализа и численного моделирования

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты

1 Построена эхолокационная модель баритовой минерализации Создана методика определения параметров баритовой минерализации, позволяющая оценить функцию распределения поверхностей баритовых построек (БП) по высотам Получена схема распределения максимальных высот БП во впадине Дерюгина в Охотском море

2 Построена эхолокационная модель глубоководных ГФ Предложена методика оценки потока метана при неизвестном распределении пузырьков по размерам

3 Установлены особенности донного рассеяния в местах выхода газо-

гидратов к поверхности морского дна и разработана методика их обнаружения

4 Обнаружено и обосновано явление аномальной длительности сигнала обратного высокочастотного акустического рассеяния от морского дна Предложена методика дистанционного определения температуры верхнего слоя морского дна

Практическая значимость работы.

Результаты работы могут быть применены на практике для

- исследования параметров баритовой минерализации и ГФ,

- обнаружения выходов газогидратов к поверхности морского дна,

- дистанционного определения температуры верхнего слоя осадков

Разработанные методики легли в основу патентов «Устройство для измерения температуры» и «Геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов», реализованы в виде пакета программ, существенно расширяющих область применения комплексов дистанционного акустического зондирования, и могут быть включены в круг стандартных методов акустических исследований океана

Результаты выполненной работы использовались при выполнении НИР «Развитие методов акустического мониторинга неоднородностей различного масштаба в дальневосточных морях» (Проект 4 5 2, 2002), НИР ФЦП «Мировой океан», «Исследование природы Мирового океана Исследование динамических явлений и процессов в дальневосточных морях и северозападной части Тихого океана на основе развития и применения дистанционных акустических, оптических и радиофизических методов» (2003, 2004, 2005), проектов ДВО РАН «Изучение газовых и флюидных эманаций морского дна дистанционными акустическими методами» (№ 03-3-А-07-140, 2003), «Акустический мониторинг выделения метана дном в Охотском море» (№ 04-3-А-07-038, 2004), «Количественная оценка параметров «газовых факелов» с помощью эхолота» (№ 05-Ш-А-07-111, 2005), «Изменение окружающей среды в Восточно-Сибирском регионе под воздействием глобального изменения климата и катастрофических процессов» (ГК №100025

251/п-13/198-398/050504-109, 2004, 2005) Часть работы выполнялась в рамках проектов РФФИ (00-05-79005к, 2000 и 01-05-64018а, 2001-2003)

Результаты работ вошли в перечни выдающихся достижений ТОЙ ДВО РАН (2005), основных законченных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, готовых к практическому использованию, ТОЙ ДВО РАН (2006), инновационных разработок ТОЙ ДВО РАН (2006) и основных достижений ДВО РАН (2005)

По материалам диссертации опубликовано 23 работы

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Эхолокационная модель и методика определения параметров области баритовой минерализации Схема распределения максимальных высот баритовых построек во впадине Дерюгина в Охотском море

2 Эхолокационная модель глубоководных ГФ Методика оценки потока метана при неизвестном распределении пузырьков по размерам Методика обнаружения источников ГФ и выходов газогидратов к поверхности дна

3 Явление аномальной длительности сигнала обратного рассеяния от морского дна Связь длительности сигнала обратного рассеяния и температуры верхнего слоя морского дна Обоснование выявленной связи

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях

9-ая и 10-ая школа-семинар акад JIM Бреховских "Акустика океана" (Москва, 2002, 2004), 12, 13 и 16 сессии РАО (Москва, 2002, 2003, 2005), Международное рабочее совещание по изучению глобальных изменений на Дальнем Востоке (Владивосток, 2002), международная конференция "Консервация и трансформация вещества и энергии в криосфере земли" (Пущи-но, 2001), пятое международное рабочее совещание КОМЕХ (Владивосток, 2004)

Личный вклад автора. Автор принимал участие в создании акустических комплексов, сборе данных об обратном рассеянии в водной толще,

организовывал отдельные натурные эксперименты, внес основной вклад в обработку экспериментальных данных, включая разработку алгоритмов программ и выполнение статистического анализа, в создание эхолокацион-ных моделей и проведение численного моделирования Научные результаты, связанные с исследованиями особенностей обратного рассеяния на шельфе Арктики, получены при решающем вкладе автора Все защищаемые научные положения получены при основном вкладе автора

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 246 наименования Работа представлена на 159 страницах, включая 65 рисунков и 2 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и основные задачи исследования, отмечается научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту

Первая глава посвящена основам дистанционных акустических методов исследования морского дна Первый параграф касается вопросов становления и развития дистанционных акустических методов исследования океана Приводится краткий обзор акустических систем, применяемых в океанографических исследованиях Во Втором параграфе описываются особенности рассеяния акустических волн морским дном Детально рассмотрены важные с акустической точки зрения особенности морского дна Рассматривается зависимость акустических характеристик (скорость звука, поглощение, глубина проникновения и др ) от различных параметров морского дна и характеристик применяемых сигналов В Третьем параграфе дается обзор применения дистанционных акустических методов для оценки некоторых физических характеристик морского дна скорости звука, плотности, параметров слоистой структуры осадочной толщи, коэффициента поглощения, а также среднеквадратичных значений размеров шероховатостей и углов наклона неровностей поверхности дна океана Делается вывод

о том, что данные методы являются чрезвычайно полезными также для классификации верхнего слоя донных осадков, поиска и разведки на поверхности морского дна месторождений различных полезных ископаемых, исследования газовых эманаций Определено место решаемых в диссертации проблем в акустической океанографии В Четвертом параграфе описывается аппаратура, с помощью которой были получены данные обратного рассеяния звука Основной объем данных был собран с помощью трехчас-тотного стационарного комплекса, установленного на НИС "Академик М А Лаврентьев", и двухчастотного портативного комплекса (рис 1)

19,7 135 19,7 135 12 50 200

Рис 1 Блок-схемы стационарного (а) и портативного (б) комплексов Цифрами показаны частоты в килогерцах

Основу комплексов составляют модернизированные эхолоты и гидролокаторы и многоканальная система цифровой регистрации с системой позиционирования (GPS) Обсуждаются методики исследований различных характеристик водной толщи и морского дна Приводится подробное описание алгоритмов программ, используемых для сбора и обработки данных обратного рассеяния звука Часть программ работает в реальном масштабе времени, с помощью других программ осуществляется последующая обработка полученного материала

Во Второй главе приводится анализ данных обратного рассеяния звука на частотах 12 и 19,7 кГц, собранных в области баритовой минерализации во впадине Дерюгина в Охотском море при глубине дна около полутора

километров Визуальные наблюдения, выполненные с помощью телевизионной системы ОРОЯ, и анализ поднятых с помощью драги образцов показали, что баритовые холмы в областях распространения баритовой минерализации покрыты столбообразными структурами * баритовыми постройками (БП), высота которых в отдельных случаях превышает 10 м. Наличие БП приводит к появлению непосредственно перед эхосигналом от поверхности дна дополнительного сигнала, длительность которого определяется максимальными высотами БП, а амплитуда - их количеством в озвученной зоне.

Для получения количественных оценок и выделения слабого сигнала от БП на фоне сильного донного рассеяния первоначально производилась обработка данных с целью устранения влияния качки судна и рельефа дна. При такой обработке на эхограмме поверхность дна располагается на одной пинии (рис. 2), а все детали придонного рассеяния от БП полностью сохраняются, что свидетельствует о возможности успешного применения ав-

км

Рис. 2. Эхограмма участка баритового холма после обработки.

0 100 200 [I 100 300

Глубина, мс Глубина, ме

Рис. 3. Осредненные профили рассеяния на участках с БП (красная линия) и без (синяя линия). Осреднение проведено по отрезку дна 3,5 км.

томатической обработки данных На осредненных профилях (рис 3) видно, что наличие БП приводит к появлению дополнительного сигнала непосредственно перед дном, при этом уровень рассеяния от дна более чем на порядок превышает рассеяние от БП Высокое качество зарегистрированных сигналов позволяет получить распределение максимальных высот БП на разрезе (рис 4, а) Исследование сигнала обратного рассеяния от области

Рис 4 Характеристики БП на разрезе Распределение максимальных высот БП (а) Профили рассеяния от БП на участках разреза (красная и синяя линии) с разным их количеством в озвученной зоне (б) Черная линия - расчетная кривая для модели поверхности БП распределены по нормальному закону (положительная ветвь) с нулевым центром и дисперсией 8 м2

баритовой минерализации показало, что изменение количества БП в озвученной зоне выражается в соответствующем изменении уровня приповерхностного рассеяния (рис 4, б) Анализ поднятых образцов и фотографий показал, что пористость БП составляет около 70%, их поверхность имеет сложный рельеф и испещрена неоднородностями различных масштабов от много больших до много меньших длины волны

На основании экспериментально полученных данных предложена следующая эхолокационная модель баритовой минерализации На близкой к горизонтальной поверхности морского дна случайным образом расположены БП различной высоты, количество которых в озвученной зоне много больше единицы, коэффициент обратного рассеяния от поверхности БП Ss=consí Эхосигнал от БП существенно слабее эхосигнала от поверхности дна Многократное рассеяние отсутствует Длина акустического импульса

много меньше высот БП Ь Зондирование производится в вертикальном направлении эхолотом с полушириной диаграммы направленности <р>агссо$(1 -И/Н), где Я - глубина дна

Профиль сигнала обратного рассеяния в случае столбообразной БП высоты И0 имеет выраженный максимум, высота которого над дном Л зависит от ко, Н и расстояния от центра озвученной зоны / (рис 5, а) В формирова-

Рис 5 Схемы, поясняющие формирование эхосигнала от одиночной БП высоты /?о (а) и областей баритовой минерализации (б)

нии сигнала от БП принимают участие только постройки, находящиеся в круге с радиусом 1тах В том случае, когда данный круг меньше озвученной зоны, амплитуды эхосигналов от БП на разном удалении от центра зоны (1, 2 и 3, рис 5, а) будут практически одинаковыми При большом количестве БП одинаковой высоты И0 профиль эхосигнала будет иметь вид ступеньки с высотой Ь0 (закрашенная серым область на рис 5, а) Таким образом, нормированный профиль интенсивности обратного рассеяния от области баритовой минерализации описывается комплементарной функцией распределения \-FQi), где Р(И) - функция распределения рассеивающих поверхностей БП по высотам Опираясь на модель, такой же результат может быть получен и при более строгом рассмотрении При излучении импульса длительностью г, область, участвующую в формировании эхосигнала от БП, можно представить в виде участка сферы радиусом Ь и толщиной ст/2, где с - скорость звука в воде, ограниченной сверху параллельной дну плоскостью, находящейся выше поверхности дна на высоте максимально высоких

БП Ит (закрашенная серым область на рис. 5, б). Указанный объем целесообразно разделить на две части с объемами V] и Щ (рис. 5, б) Интенсивность сигнала обратного рассеяния от первой области в момент времени, соответствующий высоте И над дном, равна

|-77з-(1)

Н

где 10 - интенсивность излученного сигнала, приведенная к одному метру, /У - коэффициент поглощения акустических волн а воде; ЛБП - доля площади дна, занятая БП. Вклад объема У2В рассеяние от БП в реальном случае незначителен, уменьшается с уменьшением длительности импульса и может корректироваться методом последовательных приближений. Таким образом, и в более общем случае, нормированный профиль рассеянного от БП сигнала описывается комплементарной функцией распределения \-Ffh). Знание Р(И) дает принципиальную возможность оценки объема, занятого БП. Т.е., по данным дистанционного акустического зондирования можно оконтурить области баритовой минерализации, определить функцию распределения поверхностей БП по высотам и оценить их объем.

Расстояние, км

Рис, 6. Схема распределения высот БП во впадине Дерюгина. Тонкая серая линия - маршрут судна. Черные линии - результаты наблюдений системой ОБОЗ (тонкая - отсутствие БП, жирная - наблюдаются БП, прерывистая - признаки баритовой минерализации без высоких БП).

Апробация методики путем сравнения полученных дистанционно параметров баритовой минерализации с данными независимых наблюдений с помощью системы ОРО£ показала ее работоспособность и высокую информативность. Построена схема распределения максимальных высот БП в области баритовой минерализации во впадине Дерюгина (рис. 6). Методика реализована в виде пакета программ, расширяющих область применения дистанционного акустического зондирования, и может быть включена в круг стандартных методов акустических исследований океана.

В третьей главе рассмотрены ГФ в поле обратного акустического рассеяния на частотах 12, 19,7 и 135 кГц. ГФ представляют собой устойчивые области повышенной концентрации всплывающих со дна пузырьков газа и на эхо граммах наблюдаются в виде различных гидроакустических аномалий, Анализируются данные, собранные в нескольких экспедициях, в которых выполнено около 800 пересечек ГФ (рис. 7, а).

N

400

500

' 600 I

I

£ 700

800

900

V

Дно

I

142

144

146 Е

П I 2

Расстояние, мили

Рис. 7. ГФ в Охотском море.

Расположение ГФ (а). Пример эхограммы глубоководного ГФ (б).

Первый параграф посвящен исследованию особенностей обратного рассеяния от ГФ в водной толще. Отдельно рассматриваются мелководные и глубоководные ГФ, источники которых находятся ниже границы зоны стабильности газогидрата метана, расположенной на глубине около 300 м. Мелководный ГФ на дне занимает область площадью в несколько квадрат-

ных километров Анализ данных акустического зондирования показал, что диапазон скоростей всплытия пузырьков составляет 10-20 см/с Наблюдаемая на эхограммах дугообразность траекторий пузырьков связана с изменением положения пузырька в диаграмме направленности Хорошее совпадение кривых амплитуд обратного рассеяния от всплывающих пузырьков с расчетными кривыми для точечной цели свидетельствует об отсутствии резонансных явлений Основное количество глубоководных ГФ располагается при глубинах дна 600-900 м, причем выделение метана дном носит концентрированный характер (рис 7, б)

Расчеты показали, что на всех горизонтах поперечное сечение типичного глубоководного ГФ по данным обратного рассеяния звука хорошо совпадает с расчетными значениями для точечного источника (рис 8, а) Это свидетельствует о малости поперечного размера ГФ и при наличии течения о малой дисперсии скоростей всплытия газовых пузырьков Положения центра ГФ на разных частотах практически совпадают (рис 8, б), а различие скоростей всплытия пузырьков для частот 12 и 19,7 кГц не превышает 5% Угол наклона положения центра факела практически постоянен, что

Расстояние, м Расстояние, м

Рис 8 Характеристики типичного глубоководного ГФ Средние нормированные значения амплитуды рассеяния (синие кривые) в сопоставлении с профилями (красные кривые) от точечного источника (а) Положение оси ГФ на частотах 12 (1) и 19,7 кГц (2) (б)

свидетельствует о постоянстве скорости всплытия на глубинах 500-800 м Проведенный анализ показал, что поперечные размеры глубоководных ГФ меньше 10 м, а скорости всплытия пузырьков, вносящих основной вклад в рассеяние на частотах порядка десятка килогерц, находятся в узком диапазоне, мало изменяются с глубиной и соответствуют скоростям «грязных» пузырьков с радиусом более 1 мм

На основании экспериментально полученных данных построена следующая эхолокационная модель глубоководных ГФ Источник пузырьков является точечным (много меньше размера озвученной зоны), скорости всплытия пузырьков Ув постоянны и равны, скорость уменьшения радиуса пузырька из-за растворения Ур постоянна, объемная концентрация пузырьков мала и взаимодействие между пузырьками не происходит, основной объем газа переносится пузырьками с размером большим или равным резонансному, зондирование производится в вертикальном направлении вниз

Для модели получено аналитическое решение, описывающее зависимость радиуса К всплывающего и растворяющегося пузырька от глубины,

Т? - Е> V'3 3 У0 Г(Р0)4/3 р1

где В-о - начальный радиус на глубине с гидростатическим давлением Р0, Р=Ра+р%Н - давление на глубине Н, Ра - атмосферное давление, р — плотность воды, g - ускорение силы тяжести Расчет (рис 9) профилей эхо-сигнала для нормального распределения пузырьков у дна показал, что в реальном случае глубоководных ГФ, когда добротности пузырьков малы, превалирующий вклад в рассеяние вносят нерезонансные пузырьки больших размеров, и на высоких частотах полное сечение рассеяния пузырьков практически совпадает с площадью их поверхности Показано, что учет влияния формы пузырьков на акустическое рассеяние позволяет продлить характерный участок с квадратичной зависимостью сечения обратного рассеяния звука от радиуса пузырька в сторону М>0,5, где к - волновое число, и приводит к возможности акустических измерений суммарной поверхно-

О 100 200 300 400 500 600 700 800 Глубина, м

Рис 9 Рассчитанные профили эхосигнала для 12 (1) и 19,7 кГц (2) и радиус

сферы с поверхностью, равной суммарной поверхности пузырьков, (3) Параметры модели источник выделяет 200 пузырьков в секунду, распределенных по нормальному закону (средний радиус 9 мм, среднеквадратичное отклонение 3 мм), VD=5 мкм/с

сти пузырьков при неизвестной функции распределения пузырьков по размерам в более широком диапазоне размеров Анализ данных обратного рассеяния показал, что средний радиус пузырька вблизи источников глубоководных ГФ лежит в интервале 5-10 мм и уменьшается из-за растворения со скоростью 3-5 мкм/с, что хорошо согласуется с экспериментально определенной скоростью растворения пузырьков метана, покрытых оболочкой газогидрата Предложенная модель объясняет большое разнообразие наблюдаемых на эхограмме форм и основные амплитудные характеристики обратного рассеяния глубоководных ГФ, в частности, наличие характерного линейного участка на профиле амплитуды обратного рассеяния

На основании построенной модели создана методика определения параметров ГФ, в том числе и потоков метана вверх Fr (количество метана, переносимого пузырьками через горизонтальную поверхность в единицу времени) и в воду Fw (связанный с растворением пузырьков) Показано, что для глубоководных ГФ поток метана в воду может быть определен по данным акустических измерений

ШТ

а

bs ■

(3)

где Obs - сечение обратного рассеяния от столба ГФ единичной высоты,

- универсальная газовая постоянная; 7'- температура °К Интегрируя поток метана в воду по столбу для глубоководных ГФ, когда пузырьки не выходят на поверхность, можно определить как профиль потока метана вверх /7, так и полный поток, выходящий непосредственно из источника. Применение методики оценки потока метана показано на примере нестационарного ГФ, мощность источника которого во время наблюдения взры-воподобно возросла на два порядка за промежуток времени около одной минуты.

Второй параграф посвящен акустическим особенностям проявления ГФ в морском дне. Исследование глубоководных ГФ представляет помимо академического и большой практический интерес, поскольку источники ГФ располагаются в местах выхода газогидратов метана к поверхности дна. Использование в качестве индикатора этих областей ГФ не всегда оправдано, поскольку эманация газа из некоторых областей может прекратиться (ГФ в фазе покоя). Другим устойчивым индикатором глубоководных ГФ, являются выявленные особенности поля обратного рассеяния в верхнем слое осадков в области ГФ (рис. 10, а). Они характеризуются повышенным

РасстояЕшс, м

12 кГц

ГФ

Дн\ Г. I

Ь Рпссюннне. км

б

1 ЩГ ТИ

■^¿.'ДлМ-—----

Рассгоянке, м

л Расстояние, км

Рис. 10. Особенности проявления ГФ в верхнем слое осадков, я - эхограмма при пересечении ГФ. б, г -вид параметра К. Стрелки указывают области с К>П{П=2). в - эхограмма при пересечении цепочки ГФ.

по сравнению с фоновыми значениями уровнем приповерхностного рассеяния и более быстрым спадом рассеяния с глубиной (слои С1 и С2 на рис 10, а) Данные особенности, вероятно, связаны с большой концентрацией в областях ГФ пузырьков газа и эффектом сцементирования осадков приповерхностными газогидратами В качестве информационного показателя областей ГФ предлагается использовать параметр К, равный отношению интегральных уровней интенсивностей эхосигналов в диапазонах повышенного и пониженного приповерхностного рассеяния (отрезки 1 и 2 на рис 10, а) При правильном выборе участков интегрирования и порога П значения указанного параметра в фоновых областях будут находиться ниже порога, а в областях ГФ - выше (рис 10, б) Участки разреза, на которых значения К превышают порог П (стрелки на рис 10, г), соответствуют областям ГФ и распространения приповерхностных газогидратов Видно, что данный метод позволяет выявлять ГФ, в том числе и находящиеся в фазе покоя (стрелки 1 и 2, на рис 10, в) Разработанная методика легла в основу патента «Геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов», реализована в виде пакета программ, расширяющего область применения комплексов дистанционного акустического зондирования, и может быть включена в круг стандартных методов акустических исследований океана

Четвертая глава посвящена выявлению связи акустического рассеяния с температурой верхнего слоя донных осадков на шельфе Арктики Анализируются данные обратного рассеяния, собранные с помощью портативного комплекса в двух сериях измерений с борта судна и с поверхности припайного льда На станциях производилось измерение обратного рассеяния на частотах 50 и 200 кГц, профилей температуры в водной толще от глубины 2-3 м ниже поверхности моря до поверхности дна и осуществлялся отбор донных осадков для последующего гранулометрического анализа В Первом параграфе приводятся результаты измерений с борта судна на 43 станциях В этой серии измерений на каждой станции с помощью специ-

ального зонда измерялась температура верхнего слоя донных осадков до глубины 1 м (точность - 0,1 °С)

На многих участках арктического шельфа с отрицательной температурой донных осадков (рис 11) было обнаружено явление аномально большой длительности сигнала обратного высокочастотного акустического рассеяния от морского дна (до 20 мс) Длительность сигнала обратного рассея-

Рис 11 Схема расположения станции Пустые кружки - станции с аномальной длительностью эхосигнала

ния на этих частотах в других районах Мирового океана, как правило, не превышает нескольких миллисекунд При этом оказалось, что участки с отрицательными и положительными температурами верхнего слоя осадков для обеих частот существенно отличаются друг от друга как по длительности, так и по температурной зависимости (рис 12) сигнала обратного рас-

-2 1 0 1 2 о 3 4 5 -2-1012^345

Температура,°С Температура °С

Рис 12 Зависимость длительности донных эхосигналов от температуры в верхнем слое донных осадков для частот 50 (а) и 200 кГц (б)

сеяния от дна Анализ с применением непараметрического рангового теста Вилкоксона показал, что наиболее значимое отличие наблюдается для участков с пограничной температурой Т0=0,5 °С При этом вероятность того, что области с температурой Т<Т0 и Т>Т0 значимо не различаются, составляет всего 2-10"7 для 50 кГц и 8 10"7 для 200 кГц

Проведенный анализ показал, что для станций с Т>0,5 °С длительность сигнала обратного рассеяния от донных осадков с увеличением размеров частиц в среднем уменьшается, а для станций с Т<0,5 °С корреляция между размером частиц и длительностью донного эхосигнала отсутствует Показано, что длительность сигнала обратного рассеяния для обеих частот в основном определяется температурой верхнего слоя донных осадков и в среднем увеличивается при уменьшении температуры (рис 12) При этом максимально большая длительность сигнала обратного рассеяния наблюдается при отрицательных градиентах температуры в верхнем метровом слое осадков, что объясняется увеличением вероятности существования относительно толстого слоя охлажденных осадков на этих участках

Во Втором параграфе анализируются данные обратного рассеяния, собранные на пяти станциях в море Лаптевых с поверхности припайного льда, в котором пробивалось отверстие, достаточное для погружения при-емно-излучающей антенны и океанографического зонда Измерение с поверхности льда имеет свои преимущества, поскольку в данном случае практически полностью исключается влияние ветра, волн и качки, а уровень шумов значительно ниже Результаты измерений подтвердили зарегистрированное в первой серии измерений явление аномально большой длительности сигнала обратного высокочастотного акустического рассеяния от морского дна (до 20 мс) и также выявили наличие сильной обратной температурной зависимости С понижением температуры верхнего слоя осадков, которая в данной серии измерений принималось равной температуре придонной воды, всего на один градус с 0 °С до минус 1 °С длительность эхо-сигнала от морского дна резко возрастает от единиц миллисекунд до значений порядка 20 мс При этом для высокой частоты температурная зависи-

мость носит монотонный характер

Третий параграф посвящен обсуждению полученных результатов Показано, что наблюдаемые аномальные длительности эхосигнала не могут быть объяснены донным поверхностным рассеянием, а связаны с проникновением сигнала в грунт Так, для частоты 200 кГц даже на самой глубоководной станции с глубиной дна 92 м слой, связанный с поверхностным рассеянием и вторым лепестком диаграммы направленности, находится на глубине 1 мс Что касается низкой частоты, то для большинства мелководных станций с глубинами до 40 м, толщина слоя, связанного с поверхностным рассеянием и первым лепестком диаграммы направленности, не превышает 5 мс

Приводится объяснение экспериментально обнаруженного эффекта Длительность сигнала обратного рассеяния зависит от коэффициента поглощения звука и уровня рассеяния на неоднородностях в осадках Проведенные расчеты и лабораторные эксперименты с использованием различных морских осадков показали, что коэффициент поглощения высокочастотных акустических волн в области нулевых и отрицательных температур сильно зависит от температуры и при охлаждении в диапазоне от плюс двух до минус 15 градусов может уменьшиться на два порядка (Фролов*) Уровень обратного рассеяния от распространенной практически повсеместно слоистой структуры определяется скачком импеданса между слоями и отношением характерных масштабов поверхности раздела между слоями к длине волны Характерными масштабами являются эффективная толщина переходного слоя Ah и среднеквадратичная высота неровностей поверхности раздела о При замораживании осадков из-за увеличения скорости звука длина волны будет увеличиваться, а эхосигнал - возрастать Расчет показал, что, например, в случае рассеяния от шероховатой поверхности песка, для частот 50 и 200 кГц наиболее сильная температурная зависимость наблюда-

* - Фролов А Д Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов Пущино ОНТИПНЦ РАН, 1998 515 с

ется при среднеквадратичной высоте неровностей 1 и 5 мм, соответственно (рис 13, а) При этом для каждого значения а имеется свой диапазон частот, для которого температурная зависимость проявляется наиболее сильно На примере слоистой структуры в виде переходного слоя Эпштейна показано, что при охлаждении рассеяние от слоистой структуры также возрастает (рис 13, б) В этом случае, каждому значению Ай также соответствует

Частота (кГц) Частота (кГц)

Рис 13 Частотные зависимости коэффициентов отражения от слоистой структуры при разных температурах 2 °С (1), О °С (2) и -10 °С (3) а - шероховатая граница песчаных осадков Приведен нормированный коэффициент отражения Указаны среднеквадратичные размеры шероховатостей б - случай границы между песком и глиной (ДЛ=10 мм)

диапазон частот с наиболее сильной температурной зависимостью Таким образом, обнаруженный экспериментально эффект объясняется тем, что при охлаждении длительность эхосигнала увеличивается как из-за уменьшения поглощения, так и за счет увеличения рассеяния от слоистой структуры

На основе обнаруженного эффекта предлагается метод дистанционной акустической высокочастотной донной термометрии - бесконтактный способ измерения температуры в объеме верхнего слоя донных осадков, при котором термометрической величиной является длительность сигнала обратного донного рассеяния высокочастотных акустических волн Обнаруженный эффект можно использовать для оконтуривания областей с низкой

температурой поверхности дна, дистанционного определения температуры верхнего слоя донных осадков, оценки толщины расположенного вблизи поверхности морского дна поддонного слоя замороженных осадков, что может найти практическое применение, в частности, при решении вопроса о распределении субаквальной мерзлоты и оценки стабильности газогидратов на арктическом шельфе

В Заключении приводятся основные результаты исследования:

1. На основании экспериментально полученных данных построена эхо-локационная модель баритовой минерализации, позволяющая объяснить основные закономерности эхосигналов и оценить распределение БП по высотам

2. Построена эхолокационная модель глубоководных ГФ, позволяющая оптимизировать исследования Предложена методика оценки потока метана при неизвестном распределении пузырьков по размерам Разработана методика обнаружения источников газовой эманации и выходов газогидратов к поверхности морского дна

3. Обнаружено и теоретически обосновано явление аномальной длительности сигнала обратного рассеяния от морского дна Предложена методика дистанционной акустической высокочастотной донной термометрии и показано, что она согласуется с экспериментальными результатами

4. Разработанные методики реализованы в виде пакета программ, существенно расширяющих область применения комплексов дистанционного акустического зондирования В частности, построена схема распределения максимальных высот БП в области баритовой минерализации во впадине Дерюгина в Охотском море

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Саломатин А С , Баранов Б И, Отрощенко О С , Юсупов В И Акустическая съемка баритовых холмов Охотского моря И Сборник трудов 13 сессии РАО, М ГЕОС 2003 Т 4 С 142-144

2 Саломатин А С, Шевцов В П, Юсупов В И Аппаратурный комплекс для исследования гидрофизических полей методом дистанционного акустического зондирования//Океанология 1985 Т25, №3 С 697-702

3 Саломатин А С , Шевцов В П, Юсупов В И Океанологические исследования с помощью эхолотов Опыт двадцатилетнего использования // Доклады IX научной школы - семинара акад ЛМ Бреховских "Акустика океана", совмещенной с XII сессией РАО М ГЕОС 2002 С 250-253

4 Саломатин А С , Шевцов В П, Юсупов В И Рассеяние звука и тонкая структура гидрофизических полей в океане / В кн Исследование гидрофизических полей акустическими методами Владивосток ДВНЦ АН СССР 1983 С 27-34

5 Саломатин А С , Шевцов В П, Юсупов В И Рассеяние звука на тонкой структуре гидрофизических полей в океане // Акустический журнал 1985 Т 31, №6 С 768-774

6 Саломатин А С , Шевцов В П, Юсупов В И Численная оценка параметров внутренних волн по данным акустических наблюдений // Информатика и моделирование в океанологических исследованиях, Владивосток Дальнаука, 1999 С 196-212

7 Саломатин А С, Юсупов В И Газовые факела Охотского моря // Акустика океана Атмосферная акустика Сборник трудов XIII сессии Российского акустического общества М ГЕОС, 2003 Т 4 С 145-148

8 Саломатин А С , Юсупов В И Количественная оценка параметров «газовых факелов» с помощью эхолота // Сборник трудов 16 сессии РАО, М ГЕОС, 2005 Т 2 С 230-233

9 Саломатин А С , Юсупов В И Повышение эффективности акустического дистанционного зондирования океана // Исследование гидрофизических полей акустическими методами Владивосток ДВНЦ АН СССР 1983 С 75-78

10 Саломатин А С , Юсупов В И, Баранов Б И, Отрощенко О С Акустическая съемка баритовых холмов Охотского моря // Сборник трудов 13 сессии РАО, М ГЕОС, 2003 Т 4 С 142-144

11 Саломатин А С , Юсупов В И, Отрощенко О С Акустические проявления газовых факелов в водной толще и морском дне // Доклады X научной школы-семинара акад ЛМ Бреховских "Акустика океана" - М ГЕОС, 2004 С 300-303

12 Саломатин АС, Юсупов В И, Савельева НИ, Семилетов ИП Вейвлет-анализ примеры обработки акустических и гидрометеорологических данных (Тихий океан, североазиатский регион) / В кн Гидрометеорологические и биогеохимические исследования в Арктике Под ред ИП Семилетова Владивосток Дальнаука, 2000 236 с

13 Шевцов В П, Саломатин А С , Юсупов В И Исследование микромасштабной структуры гидрофизических полей в океане акустическим методом//Акустический журнал 1988 Т 34, № 1 С 75

14 Юсупов В И, Саломатин А С , Воронин А А Исследования акустических неоднородностей мелководного шельфа северо-восточной Азии // Тезисы докладов международной конференции "Консервация и трансформация вещества и энергии в криосфере земли" Пущино, 2001 С 200

15 Юсупов В И, Саломатин А С Геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов Патент на полезную модель № 58733 // Бюллетень №33 27 11 2006

16 Юсупов В И, Саломатин А С Устройство для измерения температуры Патент на полезную модель № 51209 // Бюллетень №3 27 01 2006

17 Юсупов В И, Саломатин А С , Воронин А А Предварительные результаты гидроакустических исследований распределения подводной мерзлоты на шельфе северо-востока Азии // Тезисы докладов международного рабочего совещания по изучению глобальных изменений на Дальнем Востоке Владивосток, 2002 С 45-46

18 Юсупов В И, Саломатин А С , Воронин А А Экстремально глубокое проникновение высокочастотных акустических волн на арктическом шельфе // Доклады 9-ой школы-семинара акад Л М Бреховских Москва, 2002 С 274-277

19 Юсупов В И, Саломатин АС, Семилетов ИП Связь обратного

высокочастотного рассеяния звука и температуры в верхнем слое осадков на шельфе арктических морей//ДАН 2005 Т 402 №5 С 686-688

20 Ioussoupov VI, Salomatin A S , Voronin A A On acoustical properties of Russian arctic shallow shelves using high frequency echo sounders / In Changes in the Atmosphere-Land-Sea System in the Amerasian Arctic Eds Se-miletov IP Vladivostok Dalnauka 2001 P 231-239

21 Salomatin A, Baranov В , Ioussoupov V, Otroshchenko О Hydroac-oustic Investigations in the Bante Mineralization Areas of the Okhotsk Sea // Fifth KOMEX Workshop on Russian-German Cooperation in the sea of Ok-hotsk-Kurile Island Arc System, Program and Abstracts Vladivostok 2004 P 39

22 Salomatin A, Ioussoupov V , Otroshchenko, О Acoustic investigation s of Okhotsk Sea gas plumes in the water column and at the seafloor // Fifth KOMEX Workshop on Russian-German Cooperation in the sea of Okhotsk-Kunle Island Arc System, Program and Abstracts Vladivostok 2004 P 40

23 Savelieva NI, Semiletov IP, Weller G E, Vasilevskaya L N, Yusu-pov VI Climate change in the northern Asia in the second half of the 20-th century//Pacific oceanography 2004 V 2,N 1-2 P 74-84

Владимир Исаакович Юсупов

СВЯЗЬ ОБРАТНОГО АКУСТИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МОРСКОГО ДНА И ГАЗОВЫХ ЭМАНАЦИЙ

Специальность 01 04 06 - акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 27 02 2007 Печать офсетная Уч -изд л 1

Формат 60X84/16 Тираж 100 экз Заказ 63

Отпечатано в ТОЙ ДВО РАН 690041, Владивосток, ул Балтийская, 43

Используемые обозначения

Введение

Глава 1. Дистанционные акустические методы исследования морского дна

1.1. Становление и современное состояние

1.2. Особенности рассеяния акустических волн морским дном

1.3. Дистанционное определение физических параметров дна

1.4. Аппаратура и методика

Глава 2. Исследование баритовой минерализации во впадине Дерюгина

Глава 3. «Газовые факела» в поле обратного акустического рассеяния

3.1. ГФ в водной толще

3.2. Особенности проявления ГФ в морском дне

Глава 4. Связь акустического рассеяния с температурой верхнего слоя донных осадков

4.1. Измерения с борта судна

4.2. Исследование с поверхности льда

4.3. Обсуждение результатов 129 Заключение 139 Список литературы

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ) - осреднение по ансамблю;

- осреднение по времени или пространству;

- универсальная газовая постоянная; У, - функция Бесселя первого порядка; Н] - глубина дляу'-той реализации;

Ф - осредненная трехмерная спектральная плотность флуктуаций;

Х(/) - спектр сигнала;

- знак сопряжения; а - масштабный коэффициент;

А - озвученная площадь;

А1 - амплитуда локального максимума;

Ь - параметр сдвига; с - скорость звука в воде;

С; - скорость звука в грунте;

С - равновесное значение концентрации газа на стенке пузырька;

С0 - концентрация газа в воде;

- диаграмма направленности преобразователя; с1з - элементарная площадь; е - отношение вертикальной и горизонтальной осей эллипсоидального пузырька;

Е - одномерная спектральная плотность флуктуаций;

Е1 - энергия первой части донного эхосигнала;

Е2 - энергия второй части донного эхосигнала;

Ец - энергия эхосигнала на глубине / в реализации у;

- частота; о - несущая частота;

F - функция распределения случайной величины;

V - поток метана вверх;

- поток метана в воду; g - ускорение свободного падения; к - высота над дном;

Ит - максимальная высота БП;

Я - глубина;

Н - постоянная Генри;

I - интенсивность падающей волны;

1Х - огибающая интенсивности излученного сигнала; о - интенсивность излученного сигнала, приведенная к одному метру;

1ь$ ~ интенсивность обратного рассеяния в точке приема; к - волновое число; к - калибровочный коэффициент;

К - параметр;

Ks - отношение площадей поверхности пузырька и сферы того же объема;

КГф - среднее значение параметра К в областях ГФ;

Кф - среднее значение параметра К в фоновых областях;

- расстояние;

L - расстояние от преобразователя;

Lq - калибровочное расстояние; ms - эффективное сечение поверхностного рассеяния; ту - эффективное сечение объемного рассеяния;

М - количество посылок;

М - среднее значение; п() ~ функция плотности вероятности распределения случайной величины;

N - количество молей;

N - количество реализаций в файле;

N1 - число точек в реализации по глубине;

Ад - количество пузырьков на единицу высоты ГФ; р - амплитуда давления;

Ро - амплитуда давления в точке излучения; рп - амплитуда давления, п раз отразившегося от дна сигнала;

Р - величина гидростатического давления; р - вероятность;

Р - параметр Рэлея;

Ра - атмосферное давление;

Рь -парциальное давление газа в пузырьке;

01-03 - главные величины; г о - радиус преобразователя; гт - наименьший радиус кривизны в точке рассеяния; гв - радиус корреляции в вертикальной плоскости; гг - радиус корреляции в горизонтальной плоскости; /? - радиус пузырька; К0 - резонансный радиус пузырька;

Яэф - эффективный радиус пузырька, равный радиусу сферы того же объема;

- коэффициент объемного обратного рассеяния;

- коэффициент поверхностного обратного рассеяния; дна» ~ коэффициент поверхностного обратного рассеяния я-ого отражения от дна; Б] - вклад в общее рассеяние резонансных пузырьков; Бг - вклад в общее рассеяние нерезонансных пузырьков; 5> - площадь первой зоны Френеля;

- сила поверхностного обратного рассеяния; 8у - сила объемного обратного рассеяния;

- суммарная площадь пузырьков на единицу глубины; / - время;

- время начала регистрации эхосигнала от дна; Т - температура; у - величина рассеивающего объема; V - коэффициент отражения; Уо - коэффициент отражения от плоской границы; Ув - скорость всплытия;

Уо - скорость уменьшения радиуса пузырька из-за растворения;

Ук - когерентный коэффициент отражения;

Уг - суммарный объем пузырьков на единицу высоты ГФ;

УЭф - эффективный коэффициент отражения;

Убп ~ объем, занятый баритовыми постройками; - матрица вейвлет-преобразования;

1 - импеданс среды, из которой падает акустическая волна;

2ВХ - входной импеданс отражающей среды; р - коэффициент поглощения; у - отношение удельных теплоемкостей газа;

А - среднеквадратичный угол наклона неровностей;

- постоянная затухания;

Ah - толщина слоя;

АН - пороговый уровень по глубине; r - постоянная затухания, связанная с излучением; s - постоянная затухания, связанная с оболочкой пузырька; t - постоянная затухания, связанная с теплопроводностью; v - постоянная затухания, связанная со сдвиговой вязкостью;

АБП - доля площади дна, занятая баритовыми постройками;

- величина среднеквадратичного отклонения; рф - доверительный интервал в областях ГФ; ф - доверительный интервал в фоновых областях; в - полуширина диаграммы направленности; во - половина угла раствора диаграммы направленности;

- длина акустической волны;

Л - пространственный радиус корреляции неровностей; р - плотность воды; p¡ - плотность грунта; о - среднеквадратичная высота неровностей;

Obs - сечение обратного рассеяния; ое - сечение обратного рассеяния единичной цели; т - длительность импульса; р - угол падения; p¡ -угол преломления;

X - у гол с ко л ьжен ия ; у - азимутальный угол;

БП - баритовые постройки;

ЗСГ - зона стабильности газогидрата метана;

П - пороговый уровень;

КОМЕХ - Kurile Okhotsk Sea Marine Experiment;

CHAOS - hydroCarbon Hydrate Accumulations in the Okhotsk Sea;

OFOS - (Ocean Floor Observation System) телевизионная система наблюдения.

Будущее человечества тесно связано с океаном. Во многом это определяется тем, что Мировой океан обладает богатейшими минеральными и энергетическими ресурсами. Полезные ископаемые содержатся на поверхности дна и в его осадочной толще, как на континентальных шельфах, так и за их пределами. Поверхностные залежи представлены многочисленными россыпями, содержащими металлические руды, а также неметаллическими ископаемыми. Многие месторождения в настоящее время активно разрабатываются. На восточном побережье Австралии ежегодно добывается свыше одного миллиона тонн ценнейших титановых минералов, россыпи которых распространены также вблизи побережий Индии и Малайзии. Большое значение приобретает добыча олова, железной руды, самородной серы, баритов, угля, фосфоритовых и железомарганцевых конкреций. Важнейшими энергетическими ресурсами океана являются месторождения нефти, газа и газогидратов. Развитие методов исследования океана является чрезвычайно актуальным. Акустические методы являются очень эффективными и широко используются для исследования океана. Это связано с тем, что из всех известных видов излучения акустические волны распространяется в море с наименьшими потерями. Они могут распространяться в водной толще на большие расстояния и при изучении особенно глубоководных районов Мирового океана являются труднозаменимыми. Особое место занимают дистанционные акустические методы, основанные на рассеянии излучения, при этом объектом наблюдений выступают различные неоднородности среды, а полезная информация заключена в рассеянных сигналах. Важное место в акустической океанографии занимают методы, основанные на обратном высокочастотном, с точки зрения эхолокации морского дна, рассеянии. Использование высокочастотных акустических сигналов позволяет добиться хорошего пространственного разрешения, приводит к уменьшению стоимости, размеров, веса систем и является более экологичным. Данные методы успешно применяются для исследования различных характеристик дна океана, его газовых эмана-ций и позволяют значительно повысить эффективность поисковых, экспериментальных работ и существенно расширить круг решаемых задач. С помощью специализированных эхолотов и гидролокаторов в настоящее время выполняются классификация донных осадков и исследование микрорельефа морского дна, которые необходимы при промысловом лове рыбы, производстве аквакультур, прослеживании выбросов бурового шлама, следов разлива нефти, состояния донной флоры, инженерно-геологических исследованиях, прокладке кабелей и трубопроводов, дноуглубительных работах, для обнаружения, оконтуривания и разработки месторождений полезных ископаемых, обеспечения безопасности движения морских судов и строительства в прибрежных районах акваторий и на шельфе. Актуальным является развитие методов дистанционного акустического зондирования для обнаружения, оконтуривания и исследования месторождений полезных ископаемых на поверхности морского дна, в частности, баритовой минерализации. Одно из таких месторождений, находящееся во впадине Дерюгина в Охотском море, по масштабам проявления на континентальной окраине не имеет себе равных и в настоящее время считается потенциально перспективным. Также актуальным является развитие данных методов для изучения газовых эманаций дном океана в виде «газовых факелов» (ГФ), что подтверждается большим количеством публикаций на эту тему. В частности это необходимо для оценки вклада потока метана в процесс глобального изменения климата Земли, при исследовании вертикального транспорта кислорода, бактерий, осадков, нефти, поверхностно активных и питательных веществ. При этом наибольший практический интерес заключается в возможности обнаружения и оконтуривания перспективных месторождений метана и его газогидрата [7, 10, 28,49, 50, 51, 62, 138, 207,135,169, 179, 180].

Использование дистанционных акустических методов актуально и они могут быть чрезвычайно полезными для оперативного изучения термического состояния верхнего осадочного слоя океанского дна. Так, например, большое научно-практическое значение имеют дистанционные наблюдения за изменяющимся термическим режимом мелководного шельфа Арктики и распределением субаквальной мерзлоты, поскольку дестабилизация газогидратов в результате нарушения хрупкого термического баланса может привести к поступлению в атмосферу огромных количеств метана, являющегося очень эффективным тепличным газом [33, 133]. Положительная обратная связь цепочки: климат - мерзлота - тепличный газ (глобальное потепление приводит к распаду газогидратов и выделению в атмосферу большого количества метана, что приводит к дальнейшему росту температуры) уже играла в прошлом и сможет сыграть в будущем существенную роль в температурном режиме поверхности планеты Земля [133].

Цель диссертационной работы заключается в установлении связи характеристик баритовой минерализации, газовых эманации и температуры верхнего слоя морского дна с обратным высокочастотным акустическим рассеянием и развитии методик дистанционного акустического зондирования на основе выявленных закономерностей.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Построение по данным экспериментальных исследований эхолокационных моделей баритовой минерализации и глубоководных «газовых факелов» (ГФ).

2. Определение и обоснование связи обратного высокочастотного акустического рассеяния с температурой верхнего слоя морского дна.

3. Создание методики определения выходов газогидратов к поверхности морского дна, а также, параметров баритовой минерализации и ГФ.

4. Апробация выявленн ых связей и разработанных методик путем сравнения с данными независимых наблюдений и проведения статистического анализа.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты.

1. Построена эхолокационная модель баритовой минерализации. Создана методика определения параметров баритовой минерализации, позволяющая оценить функцию распределения поверхностей баритовых построек (БП) по высотам. Получена схема распределения максимальных высот БП во впадине Дерюгина в Охотском море.

2. Построена эхолокационная модель глубоководных ГФ. Предложена методика оценки потока метана при неизвестном распределении пузырьков по размерам.

3. Установлены особенности донного рассеяния в местах выхода газогидратов к поверхности морского дна и разработана методика их обнаружения.

4. Обнаружено и обосновано явление аномальной длительности сигнала обратного высокочастотного акустического рассеяния от морского дна. Предложена методика дистанционного определения температуры верхнего слоя морского дна.

Практическая значимость работы.

Результаты работы могут быть применены на практике для:

- исследования параметров баритовой минерализации и ГФ;

- обнаружения выходов газогидратов к поверхности морского дна;

- дистанционного определения температуры верхнего слоя осадков. Разработанные методики легли в основу патентов: «Устройство для измерения температуры» и «Геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов», реализованы в виде пакета программ, существенно расширяющих область применения комплексов дистанционного акустического зондирования, и могут быть включены в круг стандартных методов акустических исследований океана.

Результаты выполненной работы использовались при выполнении НИР «Развитие методов акустического мониторинга неоднородностей различного масштаба в дальневосточных морях» (Проект 4.5.2., 2002), НИР ФЦП «Мировой океан», «Исследование природы Мирового океана. Исследование динамических явлений и процессов в дальневосточных морях и северо-западной части Тихого океана на основе развития и применения дистанционных акустических, оптических и радиофизических методов» (2003, 2004, 2005), проектов ДВО РАН «Изучение газовых и флюидных эманации морского дна дистанционными акустическими методами» (№ 03-3-А-07-140, 2003), «Акустический мониторинг выделения метана дном в Охотском море» (№ 04-3-А-07-038, 2004), «Количественная оценка параметров «газовых факелов» с помощью эхолота» (№ 05-Ш-А-07-111, 2005), «Изменение окружающей среды в Восточно-Сибирском регионе под воздействием глобального изменения климата и катастрофических процессов» (ГК №10002-251/п-13/198-398/050504-109, 2004, 2005). Часть работы выполнялась в рамках проектов РФФИ (00-05-79005к, 2000 и 01-05-64018а, 2001-2003).

Результаты работ вошли в перечни выдающихся достижений ТОЙ ДВО РАН (2005); основных законченных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ готовых к практическому использованию ТОЙ ДВО РАН (2006); инновационных разработок ТОЙ ДВО РАН (2006) и основных достижений ДВО РАН (2005) [210].

По материалам диссертации опубликовано 23 работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Эхолокационная модель и методика определения параметров области баритовой минерализации. Схема распределения максимальных высот БП во впадине Дерюгина в Охотском море.

2. Эхолокационная модель глубоководных ГФ. Методика оценки потока метана при неизвестном распределении пузырьков по размерам. Методика обнаружения источников ГФ и выходов газогидратов к поверхности дна.

3. Явление аномальной длительности сигнала обратного рассеяния от морского дна. Связь длительности сигнала обратного рассеяния и температуры верхнего слоя морского дна. Обоснование выявленной связи.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

9-ая и 10-ая школа-семинар акад. Л.М. Бреховских "Акустика океана" (Москва, 2002, 2004), 12, 13 и 16 сессии РАО. (Москва, 2002, 2003, 2005), Международное рабочее совещание по изучению глобальных изменений на Дальнем Востоке (Владивосток, 2002), международная конференция "Консервация и трансформация вещества и энергии в криосфере земли" (Пущино, 2001), пятое международное рабочее совещание КОМЕХ (Владивосток, 2004).

Содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 246 наименований. Работа представлена на 159 страницах, включая 65 рисунков и 2 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании экспериментально полученных данных построена эхолокацион-ная модель баритовой минерализации, позволяющая объяснить основные закономерности эхосигналов и оценить распределение БП по высотам.

2. На основании экспериментально полученных данных построена эхолокацион-ная модель глубоководных ГФ, позволяющая оптимизировать исследования. Предложена методика оценки потока метана при неизвестном распределении пузырьков по размерам. Разработана методика обнаружения источников газовой эманации и выходов газогидратов к поверхности морского дна.

3. Обнаружено и теоретически обосновано явление аномальной длительности сигнала обратного рассеяния от морского дна. Предложена методика дистанционной акустической высокочастотной донной термометрии и показано, что она согласуется с экспериментальными результатами.

4. Разработанные методики легли в основу патентов: «Устройство для измерения температуры» и «Геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов». Методики реализованы в виде пакета программ, существенно расширяющих область применения комплексов дистанционного акустического зондирования. В частности, построена схема распределения максимальных высот БП в области баритовой минерализации во впадине Дерюгина в Охотском море.

1. Alves S.S., Orvalho S.C.P., Vasconcelos J.M.T. Effect of bubble contamination on rise velocity and mass transfer// Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60. P. 1-9.

2. Andrews J.E., Humphrey P.B. Swathmap: Long range side-scan sonar mapping of the deep seafloor // Mar. Geol. 1980. V. 4. N 2. P. 141-159.

3. Bell D.W., Shirley D.J. Temperature variations of the acoustical properties of laboratory sediments //J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 68. N. 1. P. 227-231.

4. Biot M.A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid, I. Low-frequency range //J. Acoust. Soc. Am. 1956. V. 28. P. 168-178.

5. Biot M.A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid, II. Higher frequency range//J. Acoust. Soc. Am. 1956. V. 28. P. 179-191.

6. Boles J.R., Clark J.F., Leifer I., Washburn L. Temporal variation in natural methane seep rate due to tides, Coal Oil Point area, California // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. N. 11. P. 27077-27086.

7. Boyd D.P., Harchello I.M. Role of films and waves on gas absorption // Chemical Engineering Science. 1966. V. 21. P. 769-776.

8. Briggs K.B., Richardson M.D. Small-scale fluctuations in acoustic and physical properties in surficial carbonate sediments and their relationship to bioturbation // Geo-Marine Letters. 1997. V. 17. N. 4. P.306-315.

9. Brooks J.M., Kennecun MC., Fay R.R., McDonaLd T.J., Sassen R. Thermogenic gas hydrates in the Gulf of Mexico // Science. 1984. V. 223. P. 696-698.

10. Buckingham M.J. Theory of acoustic attenuation, dispersion, and pulse propagation in unconsolidated granular materials including marine sediment // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 102. N. 5. P. 2579-2596.

11. Burns D., Queen C.B., Chivers R.C. An Ultrasonic Signal Processor for Use in Underwater Acoustics //Ultrasonics. 1985. V. 23. P. 189-191.

12. Carbo R., Molero A.C. The effect of temperature on sound wave absorption in a sediment layer//J. Acoust. Soc. Am. 2000. V.108. P. 1545-1547.

13. Chivers R.C., Burns D. On the Detection of Fish Close to the Sea Bed // Acoust. Letters. 1985. V. 9. N. 5. P. 65-69.

14. Chivers R.C., Burns D. Processing of Echo-Sounder Signals for Real-Time Surveying//Proceedings Institute of Acoustics. 1991. V. 13. N. 9. P. 206-211.

15. Chivers R.C., Emerson N., Burns D. New Acoustic Processing for Underway Surveying // Hydrographic Journal. 1990. V. 56. P. 9-17.

16. Church C.C. The effect of an elastic solid surface layer on the radial pulsation of gas bubble//J. Acoust. Soc. Am. 1995. V. 97. N.3. P. 1510-1521.

17. Clay C.S. Coherent reflection of sound from the ocean bottom// J. Geophysical Res. 1966. V. 71.N8.P. 2037-2046.

18. Clifford P. Real time seafloor mapping // Sea Technology. 1979. V. 20. N.5. P. 2224.

19. Clift R., Grace J.R., Weber M.E. Bubbles, Drops, and Particles / Academic Press Inc., New York, 1978. 380 p.

20. Collins W., Gregory R., Anderson J. A digital approach to seabed classification // Sea Technology. 1996. V. 37. N. 8. P. 83-87.

21. Cruise Reports: KOMEX I and II. R/V. "Professor Gagarinsky", Cruise 22 and R/V "Academic M.A. Lavrentyev", Cruise 28. Geomar Report 82. Kiel, 1998. P. 148-178.

22. Cruise Reports: KOMEX II. R/V "Academic M.A. Lavrentyev", Cruise 29, Leg 2. Geomar Report 110. Kiel, 2003. P. 134-156.

23. Cruise Reports: KOMEX V and VI. R/V. "Professor Gagarinsky", Cruise 26 and H/V "Marshal Gelovany", Cruise 1. Geomar. Kiel, 2000. P. 180-181.

24. Cruise Reports: KOMEX. R/V "Sonne", Cruise 178. Geomar Report. Kiel, 2004. P. 102-112.

25. Cruise Reports: R/V Professor Bogorov Paramushir-Okhotsk Sea Expedition to Investigate Venting. Geomar Report 42. Kiel, 1995.

26. Dimitrov L. Contribution to atmospheric methane by natural seepages on the Bulgarian continental shelf// Continental Shelf Res. 2002. V. 22. P. 2429-2441.

27. Dullo W.C., Biebow N., Georgeleit K. Mass exchange processes and balances in the Okhotsk Sea // S0178-K0MEX Cruise Report: R/V "Sonne". GEOMAR. 2005. 125 pp. Hydrate-Bearing Structures in the Sea of Okhotsk // EOS. 2005. V. 86. N. 2. P. 13-24.

28. Dushaw B.D. Inversion of multimegameter range acoustic data for ocean temperature // IEEE J. Oceanic Engin. 1999. N. 24. P. 215-223.

29. Dushaw B.D., Howe B.M., Mercer J.A., Spindel R.C. Multimegameter-Range Acoustic Data Obtained by Bottom-Mounted Hydrophone Arrays for Measurement of Ocean Temperature // IEEE J. Oceanic Engin. 1999. N. 24. P. 202-214.

30. Epstein P.S., Plesset M.S. On the stability of gas bubbles in liquid-gas solutions // J. Chem. Phys. 1950. V. 18. N. 11. P. 1505-1509.

31. Ewing I., Ewing M. Seismic-reflection measurements on the Atlantic Ocean basin in the Mediterranean Sea, on the Mid-Atlantic Ridge and in the Norwegian Sea.- Bull // Geol. Soc. Amer. 1959. V. 70. P. 291-318.

32. Flemming B.W. Side-scan sonar: a practical guide // Int. Hydrogr. Rev. 1976. V. 53. N. 1. P. 65-92.

33. Gabler S. Limits of accuracy of echosounding in ocean regions// Int. Hydrogr. Rev. 1961. V. 38. N. 2. P. 7-24.

34. Gardner T.N. An acoustic study of soils that model seabed sediments containing gas bubbles // J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 107. N. 1. P. 163-176.

35. Gavrilov A.V., Romanovskii N.N., Romanovskii V.E., Hubberten H. W. / In: Changes in the Atmosphere-Land-Sea System in the Amerasian Arctic. Eds. Semiletov I.P. Vladivostok: Dalnauka. 2001. P. 227-235.

36. Ginsburg G.D., Soloviev V.A., Cranston R.E., Lorenson T.D., Kvenvolden K.A. Gas hydrates from the continental slope, offshore Sakhalin Island, Okhotsk Sea // Geo-Marine Letters. 1993. V. 13. P. 41-48.

37. Greenlaw C.F., Holliday D.V., Mcgehee D.E. High-frequency scattering from saturated sand sediments //J. Acoust. Soc. Am. 2004. V. 115. N. 6. P. 2818-2823.

38. Greinert J., Nutzel B. Hydroacoustic experiments to establish a method for the determination of methane bubble fluxes at cold seeps // Geo-Marine Let. 2004. V. 24. N. 2. P. 75-85.

39. Hamilton E.L. Compressional-wave Attenuation in Marine Sediments // Geophysics. 1972. V. 37. N. 4. P. 620.

40. Heald G.J., Hines P.C. Seabed layer discrimination using normal incidence backscat-ter returns in the 1-10 kHz frequency band // J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 110. N. 5. P. 2661.

41. Heald G.J., PaceN.G. An analysis of the 1-st and 2-nd backscatter for seabed classification // Proceedings of the 3-rd Europ. Conf. on Underwater Acoust. 24-28 June 1996. V. 2. P. 649-654.

42. Heeschen K.U., Tre'hu A.M., Collier R.W., Suess E., Rehder G. Distribution and height of methane bubble plumes on the Cascadia Margin characterized by acoustic imaging // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. N. 12. P. 1643.

43. Hines P.C. Theoretical model of acoustic backscatter from a smooth seabed // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 88. N. 1. P. 324-334.

44. Hornafius J.S., Quigley D., Luyendyk B.P. The world's most spectacular marine hydrocarbon seeps (Coal Oil Point, Santa Barbara Channel, California): Quantification of emissions // J. Geophysical research. 1999. V.104. N.C9. P. 20703-20711.

45. Hovland M., Judd A.G. Seabed Pockmarks and Seepages. London: Grahamand and Trotman, 1988.293 p.

46. Hovland M., Sommerville J.H. Characteristics of two natural gas seepages in the North Sea // Mar. Petrol. Geol. 1985. V. 2. P. 319-326.

47. Hubberten, H.W., Romanovskii, N. N. The main features of permafrost in the Laptev Sea region, Russia a review // Proceedings Intern. Conference on Permafrost. Zurich. 2003. P. 431-436.

48. Hughes Clarke J.E. Detecting small seabed targets using high-frequency multibeam sonar// Sea Technology. 1998. V. 6. P. 87-90.

49. Jackson D.R., Briggs K.B. High-frequency bottom backscattering: roughness vs. sediment volume scattering // J. Acoust. Soc. Am. 1992. V. 92. P. 962-977.

50. Jackson D.R., Briggs K.B., Williams K.L., Richardson M.D. Tests of models for high-frequency seafloor backscatter // Oceanic Engineering, IEEE J. 1996. V. 21. N 4. P. 458-470.

51. Jackson D.R., Winebrenner D.P., Ishimaru A. Application of the composite roughness model to high-frequency bottom backscattering // J. Acoust. Soc. Am. 1986. V. 79. N. 5. P.1410-1422.

52. Judd A.G., Long D., Sankey M. Pockmark formation and activity, UK block 15/25, North Sea // Bull. Geol. Soc. Denmark. 1994. V. 41. P. 34-49.

53. Kargl S.G. Williams K.L. Double monopole resonance of a gas-filled, spherical cavity in a sediment// J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 103. N. 1. P. 265-274.

54. Kaye G.T., Anderson V.C. Scattering from oceanic microstructure: Detection with a large aperture array // J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 66. N. 3. P. 842-849.

55. Keeton J.A., Bearle R.C. Analysis of Simrad EM 12 Multibeam Bathymetry and Acoustic Backscatter Data for Seafloor Mapping // Marine Geophysical Researches. 1996. V. 18. P. 663-688.

56. Kholodov A.L., Romanovskii N.N., Gavrilov A.V., Tipenko G.S., Drachev S.S., Hubberten H.W., Kassens H. Modeling of the offshore permafrost thickness on the Laptev Sea shelf// 3 Int. Conf. on Arctic margins. FRG. Celle: Polarforschung, 2000. P. 221-227.

57. Leifer I., Clark J.F., Chen R.F. Modification of the local environment by natural marine hydrocarbon seeps // Geophysical Research Letters. V. 27. P. 3711-3714.

58. Leifer I., Judd A.G. Oceanic methane layers: the hydrocarbon seep bubble deposition hypothesis // Terra Nova. 2002. V.14. N. 6. P. 417-424.

59. Leifer I., MacDonald I. Dynamics of the gas flux from shallow gas hydrate deposits: interactions between oily hydrate bubbles and the ocean environment // Earth and Planetary Science Lett. 2003. V. 210. P. 411-424.

60. Leifer I., Patro R.K. The bubble mechanism for methane transport from the shallow sea bed to surface: A review and sensitivity study // Cont. shelf research. 2002. V. 22. N. 16. P. 2409-2428.

61. Levin F.K. The seismic properties of Lake Maracaibo // Geophysics. 1962. V. 27. P. 35-47.

62. Loncarevic B. D., Courtney R. C., Fader G.B.J., Piper D.J.W., Costello G., Hughes-Clarke J.E., Stea R.R. Sonography of a glaciated continental shelf// Geol. 1994. V. 22. P. 747-750.

63. Lurton X., Pouliquen E. Automated seabed classification system for echo-sounders. Oceans 92. Volume 1. New York: IEEE, 1992. 936 p.

64. Lyons A.P., Anderson A.L., Dwan F.S. Acoustic scattering from the seafloor: Modeling and data comparison//J. Acoust. Soc. Am. 1994. V. 95. P. 2441-2451.

65. Lyons A.P., Orsi T.H. The effect of a layer of varying density on high-frequency reflection, forward loss, and backscatter seafloor acoustics. // Oceanic Engineering, IEEE J. 1998. V. 23. N. 4. P. 411-422.

66. Magorrian B.H., Service M., Clarke W. An acoustic bottom classification survey of Strangford Lough, Northern Ireland //J. Mar. Biol. Ass. UK. 1995. V. 75. P. 987-992.

67. Makagon Y.F. Hydrates of hydrocarbons. Tulsa: Penn Well, 1997. 482 p.

68. Makagon Y.F. Perspectives for the development of gas hydrate deposits // Proc. 4-th Canadian Permafrost Conference. National Research Council of Canada (H.M. French, ed.). 1982. P.299-304.

69. Maksimov A.O., Polovinka Yu.A. Bubble Distribution at Gas Seeps // Fifth Workshop on Russian-German Cooperation in the Sea of Okhotsk-Kurile Island System. Vladivostok: Dalnauka, 2004. P. 34.

70. Manik H.M., Furusawa M., Amakasu K. Measurement of sea bottom surface back-scattering strength by quantitative echo sounder // Fisheries science. 2006. V. 72. P. 503512.

71. Matveeva T., Soloviev V., Shoji V., Obzhirov A. Hydro-Carbon Hydrate Accumulations in the Okhotsk Sea (CHAOS Project Leg I and Leg II) // Report of R/V "Akademik M.A. Lavrentyev" Cruise 31 and 32. St. Petersburg: VNIIOkeangeoIogia, 2005. 164 p.

72. McCann C., VcCann D.M. The attenuation of Compressional Waves in Marine Sediments // Geophysics. 1969. V. 34. N. 6. P. 882.

73. McGinnis D.F., Greinert J., Artemov Y., Beaubien S.E., Wuest A. Fate of rising methane bubbles in stratified waters: How much methane reaches the atmosphere? // J. of Geophysical Research. 2006. V. 111. C09007. P. 1-15.

74. Medwin H. Acoustical determinations of bubble size spectra // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 62. P.1041-1044.

75. Medwin H. In-situ acoustic measurement of bubble population in coastal ocean waters//J. of Geophysical Research. 1970. V. 75. P. 599-611.

76. Medwin H., Norvarini J.C. Backscattering strength and range dependence of sound scattered from the ocean surface // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 69. P. 108-111.

77. Moe J.E., Jackson D.R. Near-field scattering through and from a two-dimensional fluid-fluid rough interface// J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 103. N. 1. P. 275-287.

78. Moustier C., Alexandrou D. Angular dependence of 12- kHz seafloor acoustic back-scatter // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 90. N. 1. P. 522-531.

79. Newton R.S., Stefanon A. Application of side-scan sonar in marine biology // Mar. Biol. 1975. V. 31. P. 287-291.

80. Panda S., Leblanc L. R., Schock S.G. Sediment classification based on impedance and attenuation estimation // J. Acoust. Soc. Am. 1994. V. 96. N. 5. Pt.l. P. 3022-3035.

81. Pouliquen E., Lurton X. Sea-bed identification using echosounder signal // European Conference on Underwater Acoustics. Elsevier Applied Science. 1992, London and New York. P. 535.

82. Rehder G., Brewer P.W., Peltzer E.T., Friederich G. Enhanced lifetime of methane bubble streams within the deep ocean // Geophysical research letters. 2002. V. 29. N. 15. P. 211-214.

83. Richardson M.D., Young D.K., Briggs K.B. Effects of hydrodynamic and biological processes on sediment geoacoustic properties in Long Island Sound, USA // Marine Geology. 1983. V. 52. N. 3-4. P. 201-226.

84. Romanovskii N.N., Hubberten H.W., Gavrilov A.V., Tumskoy V.E., Tipenko G.S., Grigoriev M.N., Siegert Ch. Thermokarst and Land-Ocean Interaction, Laptev Sea Region, Russia // Permafrost and Periglacial Processes. 2000. V. 11. N. 2. P. 137-152.

85. Romanovskiy N.N., Gavrilov A.V., Pustovoit G.P., Kholodov A.L., Kassens H., Hubberten H.W. and Nissen F. Off-shore permafrost distribution of the Laptevs Sea shelf // Cryosphere ofthe Earth. 1997. V. 1. N. 3. P. 9-18.

86. Sage K.A., George J., Überall H. Multipole resonances in sound scattering from gas bubbles in a liquid //J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 65. N. 6. P. 1413-1422.

87. Savelieva N.I., Semiletov I.P., Weller G.E., Vasilevskaya L.N., Yusupov V.l. Climate change in the northern Asia in the second half of the 20-th century // Pacific oceanography. 2004. V. 2. N. 1-2. P. 74-84.

88. Semiletov I.P. On aquatic sources and sinks of C02 and CH4 in the Polar Regions //J. Atmos. Sei. 1999. V. 56. P. 286-306.

89. Shirley D.J., Bell D.W Temperature variation of the acoustic properties of laborato-17 sediments // J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 66. N. 1. P. 45-46.

90. Shoji V., Soloviev V., Matveeva T., et al. Hydrate-Bearing Structures in the Sea of Okhotsk // EOS. 2005. V. 86. N. 2. P. 13-24.

91. Sloan E.D. Clathrate Hydrates of Natural Gases. New York: Marcel Dekker, 1990. 641 p.

92. Soukup R.J., Gragg R.F., Wiley R.W., Inanli B. Rough surface scattering from an elastic scale model of an ocean bottom// J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 114. N. 4. P. 2311.

93. Stanic S., Briggs K.B., Fleischer P., Ray R.I., Sawyer W.B. Shallow-water high-frequency bottom scattering off Panama City, Florida // J. Acoust. Soc. Am. 1988. V. 83. P. 2134-2144.

94. Stanic S., Briggs K.B., Fleischer P., Sawyer W.B., Ray R.I. High-frequency acoustic backscattering from a coarse shell ocean bottom // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. P. 125-136.

95. Stanton T.K. On acoustic scattering by a shell-covered seafloor // J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 108. N. 2. P. 551-555.

96. Stanton T.K. Sonar estimates of seafloor microrughness // J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 75. N. 3 P. 809-818.

97. Stanton T.K., Chu D., Wiebe P.H., Eastwood R.L., Warren J.D. Acoustic scattering by benthic and planktonic shelled animals// J Acoust Soc Am. 2000. V. 108. N. 2. P. 535550.

98. Sternlicht D.D., Moustier C.P. Remote sensing of sediment characteristics by optimized echo-envelope matching // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 114. N. 5. P. 2727-2743.

99. Stoll R.D. Acoustic waves in ocean sediments // Geophysics. 1977. V. 42. P. 715725.

100. Stoll R.D., Bryan G.M. Wave attenuation in saturated sediments // J. Acoust. Soc. Am. 1969. V.47.P. 1440-1447.

101. Suzuki T. Method and apparatures of surveying nodular targets on the sea floor // J. Acoust. Soc. Am. 1982. V. 72. N 5. P. 1659.

102. Tahikdar K.K., Tyce R.C., Clay C.S. Interpretation of Sea Beam backscatter data collected at the Laurentian fan off Nova Seotia using acoustic backscatter theory// J. Acoust. Soc. Am. 1995. V. 97. N. 3. P. 1545-1558.

103. Terril E.J., Melvill W.K. A broadband acoustic technique for measuring bubble size distribution: laboratory and shallow water experiments // J. Atmos. and Ocean Technol. 2000. V. 17. P. 220-239.

104. Thorpe S.A. Measurement with an Automatically Recording Inverted Echo Sounder: ARIES and the bubble clouds // J. Phys. Oceanogr. 1986. V.16. N. 8. P. 1462-1478.

105. Thorpe S.A. On the clouds of bubbles formed by breaking waves in deep water and their role in air-sea gas transfer // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A. 1982. V. 304. N. 1483 P. 155-210.

106. Thorpe S.A. The effect of Langmuir circulation on the distribution of submerged bubbles caused by breaking wind waves // J. Fluid Mech. 1984. V. 142. P. 151-170.

107. Thorsos E.I., Jackson D.R. The validity of the perturbation approximation for rough surface scattering using a Gaussian roughness spectrum // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 86. N. 1. P. 261-277.

108. Timothy K. Stanton On acoustic scattering by a shell-covered seafloor // J. Acoust. Soc. Am. 2000.V. 108. N. 2. P. 551-555.

109. Turgut A. Inversion of bottom/subbottom statistical parameters from acoustic backscatter data // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 102. N. 2. P. 833-852.

110. Vagle S., Farmer D.M. The measurement of bubble-size distribution by acoustical backscatter // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. 1992. V. 9. N. 5. P. 630-644.

111. Walree P.A., Aislie M.A., Simons D.G. Mean grain size mapping with single-beam echo sounders // J. Acoust. Soc. Am. 2006. V. 120. N. 5. P. 2555-2579.

112. Wang D., Zhu Y., Ma W., Niu Y. Application of ultrasonic technology for physical-mechanical properties of frozen soils // Cold Regions Science and Technology. 2006. V. 44. P. 12-19.

113. Weller G. Climate change and its impacts on the arctic environment // Memoirs of National Institute of Polar Research, Tokyo. Special Issue. 2001. V. 54. P. 143-151.

114. Zhang Y. Methane escape from gas hydrate systems in marine environment, and methane-driven oceanic eruptions // Geophysical research letters. 2003. V. 30. N. 7. P. 511514.

115. Авдейко Г.П., Гавриленко Г.М., Черткова JI.B. "Вулканолог" исследует подводный факел // Природа 1986. № 7. С. 80-87.

116. Авдейко Г.П., Гавриленко Г.М., Черткова Л.В. и др. Подводная газогидротермальная активность на северо-западном склоне о. Парамушир, Курильские острова // Вулканология и сейсмология. 1984 . № 6. С. 66-81.

117. Акустика морских осадков / Под ред. Л. Хэмптона. М.: Мир, 1977. 533 с.

118. Аникеев В.В., Обжиров А.И. Влияние низкотемпературных гидротерм на газовый состав придонной воды в Охотском море // Океанология. 1983. Т. 33. № 3. С. 360-366.

119. Астахова Н.В, Сорочинская A.B. Баритовая и карбонатная минерализация в осадках впадины Дерюгина Охотского моря // Океанология. 2001. Т. 41. № 3. С. 447455.

120. Астахова Н.В., Нарнов Г.А., Якушева И.Н. Карбонатно-баритовая минерализация во впадине Дерюгина (Охотское море) // Тихоокеанская геология. 1990. № 3. С. 37-42.

121. Баранов Б.В., Гедике К., Леликов Е.П. Газовый факел в Охотском море // Природа. 1996. № 9. С.43-47.

122. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: АН СССР, 1957. 502 с.

123. Бреховских JIM. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 342 с.

124. Бреховских JIM., Годин O.A. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. 416 с.

125. Бреховских JI.M., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометиоиздат, 1982. 264 с.

126. Буланов В.А. Введение в акустическую спектроскопию микронеоднородных жидкостей. Владивосток: Дальнаука, 2001.280 с.

127. Буланов В.А., Бьорно Л. Рассеяние звука сферой с учетом поглощения энергии// Акуст. журн. 1992, Т. 38. Вып. 2. С. 252-259.

128. Буланов В.А., Корсков И.В., Попов П.Н., Соседко С.Н. Исследование рассеяния звука в мелком море. // Морские технологии. 2000. № 3. С. 254-263.

129. Вайхарт Г.Ф. Применение геофизических методов и оборудования в исследованиях морского дна / В кн. Акустика дна океана. Под ред. У. Купермана и Ф. Енсена. М.: Мир, 1984. С. 46-58.

130. Воловов В.И. О регистрации неровностей дна океана // Акустический журнал. 1968. Т. 14. №4. С. 610-611.

131. Воловов В.И. Отражение звука от дна в океане / В кн.: Акустика океана. Современное состояние. М.: Наука, 1982. 247 с.

132. Воловов В.И. Отражение звука от дна океана. М.; Наука, 1993. 272 с.

133. Воловов В.И., Житковский Ю.Ю. Об измерениях коэффициента отражения звука от дна океана // Океанология. 1966. Т. 6. № 6. С. 1086-1087.

134. Воловов В.И., Житковский Ю.Ю. Отражение и рассеяние звука дном океана / В кн.: Акустика океана. Под ред. Бреховских JI.M. М.: Наука, 1974. С. 395-490.

135. Воловов В.И., Краснобородбко В.В., Лысанов Ю.П. Изотропность корреляционных характеристик звуковых сигналов, отраженных от дна океана // Акуст. журнал. 1978. Т. 24. № 6. С.850-853.

136. Воловов В.И., Лысанов Ю.П. Акустические методы решения некоторых океанологических и навигационных задач / В кн. Проблемы акустики океана. Под ред. Л.М. Бреховских. М.: Наука. 1984. С. 185-192.

137. Воловов В.И.; Житковский Ю.Ю., Лысанов Ю.Н. Отражение и рассеяние звука дном океана//Акустический журнал. 1967. Т. 13. № 1.С. 1-17.

138. Гамильтон Э.Л. Геоакустические модели морского дна / В кн.: Акустика морских осадков. Под ред. Л. Хэмптона. Пер. с англ. М.: Мир, 1977. С. 176-210.

139. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты / Санкт Петербург: ВНИИОкеангеология, 1998.216 с.

140. Глумов И.Ф. Автоматизированные геофизические комплексы для изучения геологии и минеральных ресурсов Мирового океана. М.: Недра, 1986. 334 с.

141. Гончаренко Б.И., Гордиенко В.А. Об определении параметров морского дна по частотно-угловым зависимостям коэффициента отражения // Акустический журнал. 2006. Т. 52. № 2. С. 283-287.

142. Гончаренко Б.И., Захаров Л.Н., Иванов В.Е., Киршов В.А. Частотно-угловые характеристики коэффициента отражения звука от слоистого дна// Акустический журнал. 1976. Т. 22. № 3. С. 351-356.

143. Гончаров В.К., Клементьева Н.Ю. Исследование влияния пленки поверхностно-активных веществ на растворение движущегося в морской воде пузырька // Изв. АН Физика атмосферы и океана. 1995. Т. 3. № 5. С. 705-712.

144. Гончаров В.К., Клементьева Н.Ю. Моделирование динамики и условий зву-корассеяния газовых пузырьков, всплывающих с больших глубин в море в районах нефтегазовых месторождений // Акустический журнал. 1996. Т. 42. № 3. С. 371-377.

145. Гостев В.С., Швачко Р.Ф. Акустические характеристики тонкоструктурных образований в океане / В кн.: Проблемы акустики океана. М.: Наука, 1984. С. 153-164

146. Гранин Н.Г., Гранина Л.З. Газовые гидраты и выходы газов на Байкале // Геология и геофизика. 2002. Т. 43. № 7. С. 629-637.

147. Гулин Э.П. О когерентности акустического поля при отражении звука от взволнованной морской поверхности //ДАН СССР. 1973. Т. 212. № 5. С. 1082-1085.

148. Гулин Э.П. О флуктуациях амплитуды и фазы звуковой волны, отраженной от статистически неровной поверхности// Акустический журнал. 1962. Т.8. №2. С. 175182.

149. Доддс Д.Дж. Оценки поглощения по разрезам дна, полученным профилогра-фом с высоким разрешением / В кн. Акустика дна океана. Под ред. У. Купермана и Ф. Енсена. М.: Мир, 1984. С. 131-147.

150. Езерский А.Б., Сандлер Б.М., Селивановский Д.А. Эхолокационные наблюдения газовых пузырьков вблизи морской поверхности // Акустический журнал. 1989. Т. 35. №5. С. 829-833.

151. Ефимов A.B., Ивакин А.Н., Лысанов Ю.П. Геоакустическая модель рассеяния звука дном океана, основанная на данных глубоководного бурения // Океанология. 1988. Т. 28. №3. С. 371-375.

152. Жигарев J1.A. Океаническая криолитозона. М: МГУ, 1997. 320 с.

153. Житковский Ю.Ю. Акустический метод измерения расстояния между неровностями дна океана// Океанология. 1966. Т. 6. С. 1089-1090.

154. Житковский Ю.Ю. Измерение неровностей дна, не регистрируемые эхолотом // Океанология. 1968. Т. 8. № 4. С. 759-760.

155. Зоненшайн Л.П. Газовый источник на дне Охотского моря // Природа 1987. № 8. С. 53-57.

156. Зоненшайн Л.П., Мурдмаа И.О., Баранов Б.В. и др. Подводный газовый источник к западу от о-ва Парамушир // Океанология. 1987. Т. 27, № 5. С. 795-800.

157. Ивакин А.Н. О рассеянии звука многомасштабными неоднородностями грунта//Океанология. 1981. Т. 21. № 1.С. 42-44.

158. Ивакин А.Н. Рассеяние звука неоднородностями стратифицированных осадков // Акустический журнал. 1986. Т. 32. № 6. С. 791-798.

159. Ильин A.B. Геологическая модель дна в акустике океана // Вопросы судостроения, Акустика. 1977. № 8. С. 90-110.

160. Исакович М.А. Общая акустика. 1973. М: Наука. 496 с.

161. Исакович М.А. Рассеяние волн от статистической шероховатой поверхности / В кн. Труды акустического института. 1969. Вып. 5. С. 152-251.

162. Касаткин Б.А. Аномальные эффекты при прохождении звуковых волн через границу раздела вода морской песок // Сборник трудов VII школы-семинара акад. Бреховских. М.: ГЕОС. 1998. С. 112-116.

163. Касаткин Б.А. Аномальные явления при распространении звуковых волн вблизи морского дна // Акустический журнал. 2002. Т. 48. № 3. С. 437-446.

164. Касаткин Б.А. Дифракционная томография верхнего слоя морского дна // Сборник трудов XVI школы-семинара акад. Бреховских. М.: ГЕОС. 2005. С. 269-274.

165. Касаткин Б.А., Злобина Н.В. Некорректные задачи и обобщенные волны в акустике слоистых сред. Владивосток: Дальнаука, 2005. 407 с.

166. Касаткин Б.А., Косарев Г.В., Ларионов Ю.Г. Использование акустического профилографа для мониторинга дна Амурского залива // Морские технологии. Вып.4. Владивосток: Дальнаука. 2001. С. 65-70.

167. Клей К., Медвин Г. Акустическая океанография. Основы и применения. М.: Мир, 1980. 580 с.

168. Клей К.С., Леонг У.К. Оценка топографии и спектра неровностей морского дна к юго-западу от Иберийского полуострова по данным акустических измерений / В кн. Акустика морских осадков. Пер. с англ. М.: Мир, 1977. С. 343-406.

169. Клерке Я., Де Батист М., Гранин Н., Земская Т., Хлыстов О. Газогидраты пресноводного «океана» // Наука из первых рук. Новосибирск: Инфолио, 2004. № 2. С. 82-91.

170. Клерке Я., Земская Т.И., Матвеева Т.В. и др. Гидраты метана в поверхностном слое глубоководных осадков озера Байкал // ДАН. 2003. Т. 393. № 6. С. 822-826.

171. Колобаев П.А. Рассеяние звука воздушными пузырьками, создаваемыми ветром в приповерхностном слое океана, и их роль в формировании поверхностного рассеяния // Вопросы судостроения, сер. Акустика. 1977. Вып. 8. С. 58-66.

172. Краснобородько В.В. О корреляционном методе измерения коэффициента отражения от дна и поверхности океана // Акустический журнал. 1979. Т. 25. № 5. С. 793-794.

173. Кудрявцев В.И. Промысловая гидроакустика и рыболокация. М.: Пищевая промышленность, 1978. 311 с.

174. Лысанов Ю.П. О временных флуктуациях звуковых сигналов, рассеянных на дне океана//Акустический журнал. 1967. Т. 13. №36. С. 401-405.

175. Лысанов Ю.П. Рассеяние звука неровными поверхностями / В кн.: Акустика океана. Под. ред. Л.М. Бреховских. М.: Наука. 1974. С. 231-330.

176. Лысанов Ю.П., Воловов В.И. Исследование флуктуаций звуковых сигналов при рассеянии их на дне океана // Морское приборостроение. Акустика. 1982. Вып. 2. С. 25-42.

177. Макагон Ю.Ф. Образование гидратов в газонасыщенных слоях в условиях вечной мерзлоты // Газовая промышленность. 1965. Т. 14. № 5. С. 24-31.

178. Максимов А.О., Соседко Е.В. Динамика пузырьков, покрытых газогидратной оболочкой // Сборник трудов 15 сессии РАО. М.: ГЕОС, 2005. Т. 2. С. 234-237.

179. Максимов А.О., Соседко E.B. Динамика растворения всплывающих газовых пузырьков в случайном поле скоростей // Морские технологии. 2001. Вып. 4. С. 193203.

180. Обжиров А.И., Верещагина О.Ф., Соснин В.А., Шакиров Р.Б., Салюк А.Н., Ламмерс Ш., Зюсс Э., Бибоу Н., Винклер Г., Дружинин В.В. Мониторинг метана в водах восточного шельфа и склона острова Сахалин // Геология и геофизика. 2002. Т. 43. №7. С. 605-617.

181. Обжиров А.И., Деркачев А.Н., Баранов В.Б., Алоизи Дж. и др. Аномалии метана и сопряженные с ними бариты во впадине Дерюгина Охотского моря // Подводные технологии. 2006. №2.

182. Обжиров А.И., Казанский Б.А., Мельниченко Ю.И. Эффект звукорассеяния придонной воды в краевых частях Охотского моря // Тихоокеанская геология. 1989. №2. С. 119-121.

183. Орлёнок В.В. Основы геофизики. Учеб. пособие. Калининград: КГУ ЦНИИТ. 2000. 434 с.

184. Орленок В.В. Петрофизика и условия формирования осадочной толщи Атлантического океана / Док. диссертация. Л. 1984. 456 с.

185. Отчет о научной и научно-организационной деятельности Дальневосточного отделения РАН в 2005 году. Владивосток: Дальнаука, 2006. 256 с.

186. Отчет о работах в 11А рейсе НИС М.Келдыш. Материалы по газогидратонос-ности Охотского моря. Л., 1988. С. 125-174.

187. Романовский H.H., Гаврилов A.B., Холодов А.Л. и др.// Криосфера Земли. 1997. Т. 1. № 2. С. 42-52.

188. Сабинин К.Д. Океанологические аспекты акустической термометрии Северного Ледовитого океана// Успехи физ. Наук. 1995. Т. 165. № 7. С. 831-835.

189. Саломатин A.C., Баранов Б.И., Отрощенко О.С., Юсупов В.И. Акустическая съемка баритовых холмов Охотского моря // Сборник трудов 13 сессии РАО, М.: Геос. 2003. Т. 4. С.142-144.

190. Саломатин A.C., Шевцов В.П., Юсупов В.И. Аппаратурный комплекс для исследования гидрофизических полей методом дистанционного акустического зондирования // Океанология. 1985. Т.25. № 3. С. 697-702.

191. Саломатин A.C., Шевцов В.П., Юсупов В.И. Рассеяние звука и тонкая структура гидрофизических полей в океане / В кн.: Исследование гидрофизических полей акустическими методами. Владивосток: ДВНЦ АН СССР. 1983. С. 27-34.

192. Саломатин A.C., Шевцов В.П., Юсупов В.И. Рассеяние звука на тонкой структуре гидрофизических полей в океане // Акустический журнал. 1985. Т. 31. № 6. С. 768-774.

193. Саломатин A.C., Шевцов В.П., Юсупов В.И. Численная оценка параметров внутренних волн по данным акустических наблюдений // Информатика и моделирование в океанологических исследованиях. Владивосток: Дальнаука, 1999. С. 196-212.

194. Саломатин A.C., Юсупов В.И. Газовые факела Охотского моря // Акустика океана. Атмосферная акустика. Сборник трудов XIII сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2003. Т. 4. С. 145-148.

195. Саломатин A.C., Юсупов В.И. Количественная оценка параметров «газовых факелов» с помощью эхолота // Сборник трудов 16 сессии РАО, М.: ГЕОС, 2005. Т. 2. С. 230-233.

196. Саломатин A.C., Юсупов В.И. Повышение эффективности акустического дистанционного зондирования океана // Исследование гидрофизических полей акустическими методами. Владивосток: ДВНЦ АН СССР. 1983. С. 75-78.

197. Саломатин A.C., Юсупов В.И., Баранов Б.И., Отрощенко О.С. Акустическая съемка баритовых холмов Охотского моря // Сборник трудов 13 сессии РАО, М.: ГЕОС, 2003. Т.4. С. 142-144.

198. Саломатин A.C., Юсупов В.И., Отрощенко О.С. Акустические проявления газовых факелов в водной толще и морском дне // Доклады X научной школы-семинара акад. JI.M. Бреховских "Акустика океана" М.: ГЕОС, 2004. С. 300-303.

199. Салюк А.Н., Ли Б.Я., Свининников А.И. Гидроакустические характеристики // Мониторинг метана в Охотском море / Обжиров А.И., Соснин В.А., Салюк А.Н. и др. Владивосток: Дальнаука, 2002. С. 59-77.

200. Соловьев Б.А. Особенности газогидратпроявления в районе острова Параму-шир (Охотское море). Материалы по газогидратоносности Охотского моря. Ленинград. 1988. С. 126-174.

201. Стефанон А. Акустические характеристики газонасыщенных осадков в северной части Адриатического моря. В кн. Акустика дна океана. Под ред. У. Купермана и Ф. Енсена. М.: Мир, 1984. С. 59-64.

202. Тарасюк Ю.Ф. Гидроакустическая аппаратура для определения характеристик дна океана // Судостроение за рубежом. 1979. №11. С. 79-85.

203. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.

204. Урик Р.Д. Основы гидроакустики / Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1978. 448 с.

205. Физические основы подводной акустики. Под ред. Мясищева В.И. М: Сов. радио, 1955. 740 с.

206. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пу-щино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1998. 515 с.

207. Хребтов A.A., Виноградов К.А., Кошкарев В.Н., Манулис Б.М., Осюхин Б.А. Судовые эхолоты. Л.: Судостроение, 1982. 232 с.

208. Хромов В.А. К обобщению теоремы Кирхгофа для случая поверхности, движущейся произвольным образом // Акустический журнал, 1963. Т.9. №1. С. 88-93.

209. Черткова Л.В., Стунжас П.А. Геохимия газов Парамуширского подводного источника. Курильская островная дуга // Вулканология и сейсмология. 1990. №3, с. 35-50.

210. Шевцов В.П., Саломатин A.C., Юсупов В.И. Исследование микромасштабной структуры гидрофизических полей в океане акустическим методом // Акустический журнал. 1988. Т.34. № 1.С.75.

211. Шполянская H.A., Стрелецкая И.Д., Сурков A.B. Криолитогенез в пределах арктического шельфа (современного и древнего) // Криосфера Земли. 2006. Т. 10. № 3. С. 49-60.

212. Эйкал Т. Акустические характеристики морского дна // Акустика морских осадков: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. С. 407-437.

213. Эндрюс Дж. Э., Хамфри П. Круговые структуры, обнаруженные в глубоком море локатором бокового обзора дальнего действия. В кн. Акустика дна океана. Под ред. У. Купермана и Ф. Енсена. М.: Мир, 1984. С. 82-86.

214. Юсупов В.И, Саломатин A.C., Воронин A.A. Исследования акустических не-однородностей мелководного шельфа северо-восточной Азии // Тезисы докл. межд. конф. "Консервация и трансформация вещества и энергии в криосфере земли". Пущине, 2001.С. 200.

215. Юсупов В.И., Саломатин A.C. Геоакустическое устройство для обнаружения газогидратов. Патент на полезную модель № 58733 // Бюллетень №33. 27.11.2006.

216. Юсупов В.И., Саломатин A.C. Устройство для измерения температуры. Патент на полезную модель № 51209 // Бюллетень №3. 27.01.2006.

217. Юсупов В.И., Саломатин A.C., Воронин A.A. Экстремально глубокое проникновение высокочастотных акустических волн на арктическом шельфе // Доклады 9-ой школы-семинара акад. JT.M. Бреховских. Москва, 2002. С.274-277.

218. Юсупов В.И., Саломатин A.C., Семилетов И.П. Связь обратного высокочастотного рассеяния звука и температуры в верхнем слое осадков на шельфе арктических морей // ДАН. 2005. Т. 402. №5. С.686-688.