1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 5, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 5, стр. 637-651

Определение параметров ледового покрова с помощью сейсмоакустического шума

Д. А. Преснов a, *, А. Л. Собисевич a, А. С. Шуруп a, b, **

a Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук
123995 Москва, ул. Большая Грузинская, 10, стр. 1, Россия

b Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2, Россия

* E-mail: presnov@physics.msu.ru
** E-mail: shurup@physics.msu.ru

Поступила в редакцию 07.04.2023
После доработки 02.05.2023
Принята к публикации 22.06.2023

Аннотация

Предложен и апробирован на экспериментальных данных метод оценки параметров ледового покрова океана (толщина, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность), не требующий применения источника. Для реализации рассматриваемого подхода требуются два расположенных на поверхности льда одноканальных сейсмоприемника, регистрирующих вертикальную компоненту колебательной скорости сейсмического шума. Спектрально-корреляционный анализ функции взаимной корреляции шумов, зарегистрированных приемниками, позволяет оценить дисперсионную зависимость групповой скорости изгибно-гравитационной волны, распространяющейся по ледовой пластине. Решение обратной задачи основано на анализе дисперсии не только групповой, но и фазовой скорости, что позволяет увеличить объем первичных данных. Полученные оценки параметров льда соответствуют результатам независимых наблюдений, проводимых в ходе эксперимента, а также оценкам других авторов, полученным для характеристик льда в регионе проведения эксперимента.

Ключевые слова: изгибные волны, ледяной покров, лед, сейсмические станции, сейсмоакустический шум, нормальные волны

Список литературы

  1. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Шуруп А.С. Фундаментальные основы совершенствования пассивных сейсмогидроакустических методов исследования шельфа Арктики // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 1. С. 72–97.

  2. Алексеева Т.А., Фролов С.В., Сероветников С.С. Обзор методов и основных результатов измерения толщины морского льда в Арктике // Российская Арктика. 2021. № 1(12). С. 33–49.

  3. Belter H.J., Krumpen T., Hendricks S., Hoelemann J., Janout M.A., Ricker R., Haas C. Satellite-based sea ice thickness changes in the Laptev Sea from 2002 to 2017: comparison to mooring observations // The Cryosphere. 2020. V. 14. P. 2189–2203.

  4. Черных Е.Н., Ключевский А.В., Ружич В.В. Сравнительное исследование записей близких землетрясений на скальном грунте и ледовом покрове озера Байкал // Сейсмические приборы. 2012. № 4. С. 55–66.

  5. Serdyukov A., Koulakov I., Yablokov A. Numerical modelling of seismic waves from earthquakes recorded by a network on ice floes // Geophys. J. Int. 2019. V. 218. № 1. P. 74–87.

  6. Ewing M., Crary A.P. Propagation of elastic waves in ice I // Physics. 1934. № 5. P. 165–168.

  7. Ewing M., Crary A.P. Propagation of elastic waves in ice II // Physics. 1934. № 5. P. 181–184.

  8. Moreau L., Boué P., Serripierri A., Weiss J., Hollis D. et al. Sea ice thickness and elastic properties from the analysis of multimodal guided wave propagation measured with a passive seismic array // J. Geophys. Res. Oceans. 2020. V. 125. № 4. P. e2019JC015709.

  9. Serripierri A., Moreau L., Boue P., Weiss J., Roux P. Recovering and monitoring the thickness, density, and elastic properties of sea ice from seismic noise recorded in Svalbard // The Cryosphere. 2022. V. 16. № 6. P. 2527–2543.

  10. Stein P.J., Euerle S.E., Parinella J.C. Inversion of pack ice elastic wave data to obtain ice physical properties // J. Geophys. Res. Oceans. 1998. V. 103. P. 21783–21793.

  11. Wapenaar K. Retrieving the elastodynamic Green’s function of an arbitrary inhomogeneous medium by cross correlation // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. № 25. P. 254301-1–254301-4.

  12. Weaver R.L., Lobkis O.I. Diffuse fields in open systems and the emergence of the Green’s function // J. Acoust. Soc. Am. 2004. V. 116. № 5. P. 2731–2734.

  13. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Собисевич Л.Е., Шуруп А.С. О локализации геологических отдельностей арктического шельфа на основе анализа модовой структуры сейсмоакустических полей // Докл. Росс. Акад. наук. 2018. Т. 479. № 1. С. 80–83.

  14. Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. Исследование возможностей пассивной томографической реконструкции параметров мелкого моря по данным натурных измерений на поверхности льда // Изв. РАН. Сер. физич. 2020. Т. 84. № 6. С. 815–818.

  15. Коньков А.И., Лебедев А.В., Разин А.В. Анализ поверхностных волн в упругой среде с водоносным слоем // Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59. № 4. С. 320–332.

  16. Тихоцкий С.А., Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. Использование низкочастотных шумов в пассивной сейсмоакустической томографии дна океана // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 1. С. 107–116.

  17. Осетров А.В., Дроздова Л.Ф., Мышинский Э.Л. Определение фазовой скорости в акустических волноводах по известной групповой скорости // Noise Theory and Praсtice. 2020. Т. 6. № 4. С. 90–94.

  18. Буров В.А., Касаткина Е.Е. Применение метода максимального правдоподобия к обработке сигналов с градиентного приемника // Акуст. журн. 1997. Т. 43. № 1. С. 22–25.

  19. Богородский В.В. Упругие характеристики льда // Акуст. журн. 1958. Т. 4. № 1. С. 19–23.

  20. Тимофеев В.Ю., Ардюков Д.Г., Гранин Н.Г., Жданов А.А., Кучер К.М., Бойко Е.В., Тимофеев А.В. Деформация ледового покрова, приливные и собственные колебания уровня озера Байкал // Физическая мезомеханика. 2010. Т. 13. С. 58–71.

  21. Смирнов В.Н., Миронов Е.У. Исследования прочности, морфометрии и динамики льда в инженерных задачах при освоении шельфа в замерзающих морях // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 2(85). С. 5–15.

  22. Марченко А.В., Карулин Е.Б., Чистяков П.В. Экспериментальное определение упругих характеристик морского ледяного покрова // Научно-технический сборник Вести газовой науки. 2020. № 3(45). С. 129–140.

  23. Sambridge M., Mosegaard K. Monte Carlo methods in geophysical inverse problems // Rev. Geophys. 2002. V. 40. № 3. P. 1009.

  24. Tarantola A. Inverse problem theory and methods for model parameter estimation. Society for industrial and applied mathematics, 2005. 339 p.

  25. Bertero M., Boccacci P., De Mol C. Introduction to Inverse Problems in Imaging. Taylor & Francis Group, 2022. 341 p.

  26. Dosso S.E., Dettmer J. Bayesian matched-field geoacoustic inversion // Inverse Problems. 2011. T. 27. № 5. P. 055009.

  27. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Тубанов Ц.А., Черемных А.В., Загорский Д.Л., Котов А.Н., Нумалов А.С. Байкальский сейсмоакустический эксперимент // Докл. Росс. Акад. наук. Науки о Земле. 2021. Т. 496. № 1. С. 82–86.

  28. Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Агафонов В.М., Собисевич Л.Е. Вмораживаемый автономный геогидроакустический буй нового поколения // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97. № 1. С. 25–34.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал