Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Аппаратная часть СИЗК МАК включает в себя две подсистемы – инфразвуковую и сейсмическую. Регистрирующая часть сейсмического мониторинга состоит из цифровой широкополосной станции Guralp CMG-3ESPC. Сейсмическая подсистема имеет плоскую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) в диапазоне частот от 0.01 до 50 Гц. Частота дискретизации выходного сигнала (сейсмограммы) – 80 Гц. Инфразвуковая группа состоит из трех низкочастотных конденсаторных микрофонов, расположенных в вершинах равнобедренного треугольника. Микрофоны установлены в специальных боксах, предназначенных для подавления ветровой помехи. Такое расположение акустических датчиков позволяет по разности прихода когерентного сигнала на каждый микрофон определять азимут на источник и скорость подхода фронта инфразвуковой волны. Инфразвуковая подсистема имеет плоскую АЧХ в интервале частот от 1 до 16 Гц. Частота дискретизации акустической записи – 40 Гц.

Данные сейсмической и инфразвуковой подсистем привязываются к точному мировому времени посредством синхронизации по сигналам спутниковых систем GLONAS и GPS. На компьютер СИЗК МАК установлено специально разработанное программное обеспечение, которое осуществляет сбор и передачу данных в центр обработки в г. Апатиты. Передача данных между компонентами системы, а также между системой и центром обработки выполнена по типовым протоколам с учетом рекомендаций Американского института стандартов (ANSI). Удаленность, длительное отсутствие на СИЗК МАК персонала и периодические проблемы со связью накладывают дополнительные требования на автономность функционирования программного обеспечения. В случае выключения системы из-за длительного отсутствия электроэнергии, при восстановлении питания система должна автоматически возвращаться в рабочий режим. При приостановке работы какой-либо программы система должна автоматически выгружать этот программный модуль из памяти и запускать повторно либо выполнять перезагрузку компьютера и возвращаться в рабочее состояние.

Схема программной организации СИЗК МАК

Программное обеспечение СИЗК МАК состоит из трех независимых программ. Программа E24Acq осуществляет сбор сейсмических и инфразвуковых данных и помещает их в буфер Disk Loop емкостью 300 Гб. Дополнительно программа отображает диагностическую информацию о работе двух АЦП и GLONAS\GPS-приемника. Программа UdpSimpleClient выполняет передачу данных в центр сбора и обработки данных в г. Апатиты. Назначение программы Checker состоит в контроле работы двух других программ и их своевременной перезагрузки в случае сбоев.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами.

Кольский филиал (КоФ) Единой Геофизической службы Российской академии наук (ЕГС РАН) проводит непрерывный сейсмический мониторинг Евро-Арктического региона при помощи сети сейсмостанций, включающих в себя станции КоФ и станции ряда сторонних организаций. С 2000 г. на архипелаге Шпицберген ведется непрерывный мониторинг сейсмичности. В августе 2001 г. на северной окраине пос. Баренцбург (архипелаг Шпицберген) была установлена сейсмостанция BRBB, которая в октябре 2010 г. была модифицирована – оснащена инфразвуковой группой для регистрации акустических событий.

Географическое местоположение и расположение компонентов СИЗК МАК

Таким образом, был создан СИЗК МАК - сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны, которая включает в себя ледники, острова и архипелаги, морские акватории и горные породы земной коры западной части Арктики. В настоящее время мониторинг процессов деструкции ледников и образования айсбергов осуществляется сейсмоинфразвуковым методом с помощью сейсмоинфразвукового комплекса мониторинга арктической криолитозоны (СИЗК МАК), который является единственной установкой для круглогодичного мониторинга сейсмических и инфразвуковых событий в европейской Арктике. Уникальные возможности установки СИЗК МАК могут быть значительно расширены в связи с результатами, полученными с помощью мобильных трехкомпонентных сейсмостанций, установленных на побережьях фиордов в различных районах архипелага Шпицберген. Возможность мониторинга сейсмоинфразвуковыми методами процессов деструкции ледников и образования айсбергов была показана в ходе успешного использования стационарного комплекса СИЗК МАК, расположенного на геофизическом полигоне Российской академии наук у пос. Баренцбург (южное побережье Ис-фиорда), дополненного трехкомпонентной сейсмостанцией на северном побережье фиорда. Программно-аппаратная организация подсистем мониторинга и передачи данных, использование автоматического детектора инфразвуковых событий позволяют предполагать, что получение с помощью УНУ СИЗК МАК новых знаний о процессах в криолитозоне Арктики может происходить неопределённо долгое время.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ.

Мониторинг состояния ледников в связи с изменением климата, а также для наблюдения за их активностью и образованием крупных айсбергов, опасных для шельфовой инфраструктуры объектов добычи углеводородов и судоходства в Арктике.

Наиболее значимые научные результаты исследований.

Мониторинг состояния ледников имеет большое значение в связи с изменением климата планеты. Мониторинг активности ледников приобретает особую значимость, поскольку прогноз образования крупных айсбергов в высоких широтах необходим для обеспечения безопасности судоходства и добычи углеводородов в Арктике. В период работы СИЗК МАК было установлено, что аномально быстрые подвижки пульсирующих ледников, растрескивание, краевое обрушение выводных ледников, налегающих на поверхность моря, генерируют как сейсмические сигналы, регистрируемые в виде “микроземлетрясений”, так и акустическую эмиссию. Активизация ледников, генерирующих перманентную сейсмическую эмиссию, происходит в период со второй половины июля по конец сентября. Суточный ход сейсмической эмиссии совпадает с суточными вариациями температуры воздуха в приземном слое. Вариации количества инфразвуковых событий (по месяцам) не зависят от скорости ветра и согласуются с вариациями температуры воздуха. Акустическая эмиссия в инфразвуковом диапазоне связана с ледниковыми процессами, интенсивность которых зависит от температуры воздуха в приземном слое.

Работа УНУ СИЗК МАК позволяет совершенствовать методику проведения непрерывного сейсмического и инфразвукового мониторинга геофизических полей, разрабатывать и внедрять новые методы автоматической обработки данных для повышения надежности обнаружения сейсмических событий и инфразвуковых сигналов, их дискриминации и повышения точности локации сейсмических событий в режиме реального времени, а также совершенствования системы хранения результатов обработки данных сейсмоакустического мониторинга.