А.А. Любицький. ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ РОЗСІЮВАННЯ ЗВУКУ В ГАЗОВИХ ФАКЕЛАХ

https://doi.org/10.15407/gpimo2022.04.053

А.А. Любицький, наук. cпівроб.
e-mail: a.lubitckiy@gmail.com
ORCID 0000-0001-7375-1364

Інститут радіофізики і електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України
61085, Харків, вул. Академіка Проскури, 12

А.В. Омельченко, кандидат техн. наук, доцент
e-mail: omela5656@gmail.com
ORCID 0000-0002-2338-6706

Харківський національний університет радіоелектроніки
61166, Харків, пр. Науки, 14

ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ РОЗСІЮВАННЯ ЗВУКУ В ГАЗОВИХ ФАКЕЛАХ І ОЦІНКИ ПОТЕНЦІЙНОЇ ТОЧНОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ КООРДИНАТ СИПІВ ЕХОЛОТОМ ІЗ РОЗЩЕПЛЕНИМ ПРОМЕНЕМ

Представлено модель зворотного розсіювання звуку в газових факелах (ГФ), яка призначена для вирішення прямих та зворотних задач акустичного зондування факелів методом імітаційного (комп'ютерного) моделювання. Модель базується на уявленні про дискретний характер розсіювання звуку в ГФ, відповідно до якого прийнятий ехо-сигнал є сумою елементарних сигналів, розсіяних у зворотному напрямку бульбашками, що формують факел. При цьому розглядається модель реверберації звуку в ГФ як випадкового часового процесу за відсутності ефектів багатократного розсіювання на газових бульбашках. Модель враховує розподіл бульбашок за розмірами та швидкостями підйому до морської поверхні, а також їх еволюцію і газообмін з морським середовищем при спливанні. На цій основі оцінено потенційну точність визначення координат ГФ ехолотом з розщепленим променем. Встановлено, що основними параметрами, що визначають середньоквадратичне відхилення (СКВ) координат ГФ від дійсних є поперечний розмір факела, відношення сигнал/шум та обсяг вибірки ехо-сигналів для розрахунків. Отримано залежності СКВ від визначальних параметрів.

Ключові слова: газовий факел, акустичне зондування, зворотне розсіювання звуку, імітаційне моделювання.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.      Judd A.G. The global importance and context of methane escape from seabed. Geo. Mar. Letter, 2003. 23. P. 147—154.

  1. Егоров В.Н., Артемов Ю.Г., Гулин С.Б. Метановые сипы в Черном море. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. 407 с.
  2. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П. Струйные газовыделения дна Черного моря — уникальный средообразующий, экологический и ресурсный феномен. Геол. и полезн. ископ. Мирового океана, 2013. №3. С. 134—140.
  3. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П., Пасынков А.А. Газовый вулканизм Черного моря. Киев: Логос, 2013. 384 с.
  4. Macgregor D.S. Relationship between seepage, tectonics and subsurface petroleum reserves. Marine and Petroleum Geology, 1993. 10. P. 606—619
  5. Veloso M., Greinert J., Mienert J., De Batist M. A new methodology for quantifying bubble flow rates in deep water using splitbeam echosounders: examples from the Arctic offshore NW- Svalbard. Limnol. Oceanogr: methods, 2015, 13(6). Р. 267—287.
  6. Weber T.S., Mayer L., Jerram K., Beadoin J., Rzhanov Y., Lovando D. Acoustic estimates of methane gas flux from the sea bed in a 6000 km2 region in the Northern Gulf of Mexico. Geochem. Geophys. Geosyst., 2014. 15. P.1911—1925.
  7. Shakhova N., Semiletov I., Leifer I., Sergienko V.,Salyk A. et al. Ebullition and storm-indused methane release from the East Siberian Arctic Shelf. Nature geosciences, 2013. 7. P. 64—70.
  8. R`mer M., Sahling H., Pape T., Bohrmann G., Spiess V. Quantification of gas bubble emissions from submarine hydrocarbon seeps at the Makran continental margin offshore Pakistan. Journal of Geophysical Research-Oceans, 2012. Vol. 117. C10015, doi: 1029/2011JC007424.
  9. Коболев В.П., Верпаховская А.О., Захаров И.Г., Козленко Ю.В., Кутас Р.И., Любицкий А.А. и др. Комплексные геофизические исследования на склоне северо-западного шельфа Черного моря. Азово-Черноморский полигон изучения геодинамики и флюидодинамики формирования месторождений нефти и газа. Докл. ХI Международной конференции «Крым-2013», Симферополь, 2013. С. 52—78.
  10. R`mer M., Sahling H., Pape T., Bahr A., Feseker T., Wintrsteller P., Bohrman G. Geological control and magnitude of methane ebullition from a high-flux area in the Black Sea — The Kerch seep area. Marine Geology, 2012. 319—322. Р. 57—74.
  11. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П., Любицкий А.А. и др. Газовые факелы Черного моря. Киев: ДНУ «МорГеоЭкоЦентр НАН Украины». 2021. 508 с.
  12. Artemov Yu.G. Acoustic observations of gas bubble streams in the NW Black Sea as a method for estimation of gas flux from vent sites. European Geophysical Society Geophysical Research Abstracts. 2003. 5. P. 09421.
  13. Любицкий А.А. Гидроакустические исследования явлений активного газовыделения в северо-западной части Черного моря. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа, 2003. Вып. 9. С. 226—240.
  14. Саломатин А.С., Юсупов В.И. Количественная оценка параметров газовых факелов с помощью эхолота. Сборник трудов 16-ой сессии РАО. 2005. С. 230—233.
  15. Любицкий А.А. Обратная задача рассеяния звука в интенсивных газовых факелах и модельные оценки пузырькового массопереноса метана по данным акустического зондирования. Сб. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа, 2005. Вып. 13. С. 412—424.
  16. Artemov Yu.G. Software support for investigation of natural methane seeps by hydroacoustic method. Marine ecological Journal. 2006. 5. No 1. Р. 57—71.
  17. Nikolska A., Sahling H., Bohrman G. Hydroacoustic methodology for detection, localization and quantification of gas bubbles rising from seafloor at gas seeps from the eastern Black Sea. Geophysics Geosystems, 2008. 9. № 10. P. 481—494.
  18. Lyubitskiy A.A. Remote acoustic diagnosis of gas release sources on seabed. Journal of Geology (VAG), 2008. Series B. № 31—32. P. 33—38.
  19. Ostrovsky I., McGinnis D.F., Lapidus L., Eckert W. Quantifying gas ebullition with echosounder: the role of methane transport by bubbles in a medium-sized lake. Limnol. Oceanogr. Methods, 2008. 6. P.105—118.
  20. Muyakshin, S., Sauter E. The hydroacoustic method for the quantification of the gas flux from a submersed bubble plume. Oceanology, 2010, 50. С. 1045—1051.
  21. Ольшевский В.В. Статистические методы в гидролокации (модели, алгоритмы, решения). Ленинград: Судостроение. 1983. 280 с.
  22. Ainslie M.A. Principles of sonar performance modeling. Springer-Verlag Berlin Heidelbrg. 2010. 707 р.
  23. Simrad EK500 Scientific Echo Sounder Instruction Manual, Simrad Subsea P2170, Horten. Norwey. 1992.
  24. Simmonds J., MacLennan D. Fisheries acoustics. Blackwell Science, 2005. 437 p.
  25. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т 3. Обработка сигналов в радио- и гидролокации и прием случайных гауссовых сигналов на фоне помех. Москва: Сов. Радио. 1977. 663 с.
  26. Sahling H., Bohrmann G., Artemov Y.G. et al. Vodyanitskii mud volcano, Sorokin trough, Black Sea: Geological characterization and quantification of gas bubble streams. Marine and Petroleum Geology, 2009. 26. P. 1799—1811.
  27. Greinert J., Nutzel B. Hydroacoustic experiments to establish a method for the determination of methane bubble fluxes at cold seeps. Geo-Mar Lett., 2004. 24. P. 75—85.
  28. Ostrovsky I. Methane bubbles in Lake Kinneret: quantification and temporal and spatial heterogeneity. Limnol. Oceanogr., 2003. 48. № 3. P.1030—1036.
  29. Leifer I., Judd A.G. Oceanic methane layers: the hydrocarbon seep bubble deposition hypothesis. Terra Nova. 2002, 14, № 6, Р. 417—424.
  30. Любицкий А.А., Бережная Н.Д. Обратное Рассеяние звука в газовых факелах Черного моря. Акустика океана. Докл. XIV школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских. Москва: «ГЕОС». 2013. С. 138—141.
  31. Clift R., Grace J.R., Weber M.E. Bubbles, drops and particles .Elsevier, New York. 1978. 380 p.
  32. Leifer I., Patro R.K. The babble mechanism for methane transport from the shallow sea bed the surface: A review and sensitivity study. Continental Shelf Research, 2002. 22. Р. 2409—2428.
  33. Sovga E.E., Lyubartseva S.P., Lyubitsky A.A.. Investigation of the biochemistry of methane and mechanisms of its transfer in the Black Sea. Physical Oceanography, Sept. 2008. 18. Issue 5. P. 272—287.
  34. Островитянинов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. Москва: Радио и связь. 1982. 232 c

PDF

Ukrainian