Введение к работе
Актуальность работы.
Научно-технический прогресс и связанные с ним все возрастающие потребности че-
овечества в изучении и освоении природных богатств Мирового океана являются одной
з актуальнейших задач современности. Это обусловлено тем, что природные ресурсы
онтинентов ограничены и постепенно истощаются, а их эксплуатация становится все
олее сложной и дорогостоящей. Общие геологические ресурсы только железомарганце-
IX конкреций Мирового океана оцениваются в десятки триллионов тонн. Конкуренто-
особность России в утверждении ее приоритетов на распределение участков морского
на между государствами, в соответствии с Конвенцией ООН по морскому праву и на
елимитацию границ морского шельфа, должна поддерживаться за счет систематическо-
изучения дна Мирового океана с целью наращивания геологической информации.
В соответствии с Морской доктриной Российской Федерации на период до 2020 г.
ним из важнейших направлений национальной морской политики является закреяле-
ие в рамках полномочий Международного органа по морскому дну прав Россшіскои
едерации на разведку и разработку ресурсов морского дна за пределами юрисдикции
ибрежных государств.
Ведение масштабных работ по геологическому изучению дна, поиску и разведке лозных ископаемых, а также мониторингу геологических процессов, охватывающих ог-мные площади глубоководных районов Мирового океана, требует применения высо-производительных аппаратурно-технических средств. Важнейшими средствами иссле-вания донной поверхности являются гидролокационные системы, в том числе и гадро-каторы бокового обзора (ГБО) дальнего действия (ДД), которые буксируются в припо-рхностном слое океана и позволяют с высокой производительностью с дистанции в деки километров эффективно осуществлять геологическое исследование дна. Разработ-и применение таких методов основывается на механизмах распространения, отраже-я и рассеяния звука глубоководными геологическими объектами, в том числе и руд-гми скоплениями (рудообразующими кобальтомарганцевыми корками (КМК), глубо-водными полиметаллическими сульфидами (ГПС), железомарганцевыми конкрециями МК)), являющимися громадными потенциальными сырьевыми источниками. Обнару-ение и классификация таких объектов, зависит в первую очередь от их акустических и оморфологических характеристик, что требует решения ряда задач по оптимизации па-іетров применяемых гидроакустических средств. Теоретические и экспериментальные следования, связанные с разработкой ГБО для обнаружения рудных скоплений и их ассификацией, основываются на анализе информации о силе обратного рассеяния и іажения, о величине затухания и рефракции звука. Получение качественного акусти-ского изображения глубоководного дна в условиях открытого океана и дальнейшая терпретация получаемых данных, требуют решения ряда специфических задач теоре-іеской, экспериментальной и прикладной гидроакустики:
изучение механизмов рассеяния эхосигналов глубоководным дном с наличием КМК, ПС, ЖМК в условиях их естественного залегания (геоморфологические условия);
проведение экспериментальных работ по исследованию закономерностей рассеяния;
разработка метода классификации глубоководных рудных скоплений;
исследование применения сложных акустических сигналов с целью получения бол качественной информации;
обеспечение оптимальных параметров и эксплуатационных характеристик аппа турыГБОДЦ;
создание промышленных отечественных образцов гидроакустической аппарату большой производительности;
Актуальность работ в области исследования рассеяния звука глубоководными р ными скоплениями Мирового океана, разработка аппаратуры для их обнаружения, око туривания и классификации очевидна.
В настоящее время в мире известны единицы гидроакустических комплексов, сп собных вести масштабные исследования дна Мирового океана. Первый отечествен^ макет ГБО ДД на сложных сигналах, созданный в ИРЭ АН СССР в 1984 году, полож начало в дистанционных исследованиях дна Мирового океана.
Цель и задачи диссертационной работы
Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исс дование рассеяния звука глубоководными рудными скоплениями КМК, ГПС, ЖМК и классификация, разработка метода аппаратурной реализации для их обнаружения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать теоретические и экспериментальные закономерности рассеяния зву глубоководным дном Мирового океана, включающим рудные скопления КМК, ГПС ЖМК;
провести экспериментальные работы по исследованию рассеяния звука на одино ных и моделях скоплений ЖМК;
исследовать методику расчета ГБО ДД на сложных сигналах и с принцип его п строения с целью оптимизации параметров для получения качественной акустическ информации;
разработать метод классификации рудных скоплений для КМК, ГПС и ЖМК на нове акустических и геоморфологических характеристик, выполнить их анализ по да ным ГБО ДД.
Научная новизна работы
Впервые, на экспериментальной основе, в диапазоне частот от 4 до 12 кГц, бы выявлены резонансные свойства, установлены амплитудно-частотные и угловые завис мости рассеяния звука одиночными сферической и эллипсоидной формами ЖМК, а та же моделями скоплений ЖМК.
Теоретически обосновано применение сложных сигналов в методе ГБО ДД.
Получены аналитические выражения рассеяния звука скоплениями ЖМК в их ест ственном залегании при нормальном и наклонном зондировании.
Разработан принцип построения ГБО ДД для обнаружения глубоководных руднь скоплений КМК, ГПС, ЖМК.
Разработан метод классификации типов глубоководных скоплений (КМК, ГП ЖМК) по их акустическим и геоморфологическим характеристикам путем интерпрет ции материалов ГБО ДД.
Положення, выносимые на защиту
1. Для средних весовых значений рудных скоплений ЖМК по площади отсутствует
метная угловая зависимость обратного рассеяния звука, при этом резонансные свойст-
проявляются в диапазоне частот от 4 до 12 кГц.
2. Акустические и геоморфологические особенности скоплений КМК, ГПС, ЖМК яв-
этея их классификационными признаками для обнаружения по данным ГБО ДД.
Применение сигналов с линейной частотной модуляцией позволяет оптимизиро-ть параметры ГБО ДД и его принцип построения.
Соотношение величин отраженного и рассеянного звука является информацион-ш признаком, повышающим достоверность интерпретации данных ГБО ДД.
Практическая значимость
Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в производ-во ГБО ДД «Океан» и практику морских геологоразведочных работ с целью обнаруже-
i и оконтуривания скоплений КМК, ГПС и ЖМК. Данной аппаратурой проведены асштабные исследования глубоководных геологических структур и рудных скоплений
дне Мирового океана. В общей сложности проведена гидролокационная съемка на ющади более 650 000 км2 в различных районах Мирового океана.
Выполнены совместные работы с Европейской ассоциацией «OSAE» по инженерно-ологическим изысканиям трансатлантической трассы под оптоволоконный кабель свя-гЕвропа- Америка протяженностью более трех тысяч километров.
Достоверность результатов работы
Обеспечивается практическими материалами акустической съемки, полученными в зультате работы ГБО ДД, а также обоснованным применением теории математических счетов.
Реализация результатов работы
Представленные в работе результаты исследований были заложены в основу разра-тки промышленного ГБО ДД «Океан» и внедрены в практику морских геолого-офизических работ в ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» (г. Геленджик) и ФГУ НЛП МГРЭ (г. Санкт-Петербург). Результаты, полученные в ходе выполнения диссертаци-ной работы, используются в учебном процессе при подготовке студентов кафедры ектрогидроакустической и медицинской техники в Таганрогском технологическом статуте ЮФУ и в рамках программы обучения студентов морских специальностей
павучий университет» под эгидой «ЮНЕСКО», которую проводит МГУ (г. Москва).
Апробация результатов работы
Основные научные и практические результаты диссертационной работы представля-сь и обсуждались на следующих научно-практических конференциях:
- «Комплексные геолого-геофизические исследования в Мировом океане», Геленд-
ик, 24 декабря 1986 г.;
- «Технические средства и методы исследования Мирового океана», Москва, сентябрь
87 г.;
- «Технические средства и методы освоения океанов и морей», Москва, октябрь
1989 г.;
- 1-я Всесоюзная научно-практическая конференция «Силовые электронные системы
и устройства преобразовательной техники», Алма-Ата, сентябрь 1990 г.;
- юбилейная научная конференция «Теория и практика морских геолого-
геофизических исследований», Геленджик, 20-24 сентября 1999 г.;
- 2-я Международная научная конференция и выставка по разработке новых техниче
ских средств и технологий для работ на шельфе и в Мировом океане, Геленджик, 3-5 ок
тября 2001г.
Личный вклад автора
Представленные в диссертации результаты получены самостоятельно. Автор являлся заместителем ответственного исполнителя по созданию и внедрению промышленного ГБО ДД «Океан». Большая часть полученных данных в Мировом океане осуществлялась при непосредственном участии автора.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 23 статьи, в том числе, 3 статьи опубликованы в изданиях, входящих в Перечень ВАК. Получен патент и два авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложений, списка использованных литературных источников, включающего 77 наименований. Содержание диссертации изложено на 175 страницах и включает: 55 рисунков, 11 таблиц, 2 приложения.
