RU2770130C1 - Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas - Google Patents

Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas Download PDF

Info

Publication number
RU2770130C1
RU2770130C1 RU2021112296A RU2021112296A RU2770130C1 RU 2770130 C1 RU2770130 C1 RU 2770130C1 RU 2021112296 A RU2021112296 A RU 2021112296A RU 2021112296 A RU2021112296 A RU 2021112296A RU 2770130 C1 RU2770130 C1 RU 2770130C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
precursors
seismic
strong earthquakes
tsunamis
station
Prior art date
Application number
RU2021112296A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Чернявец
Original Assignee
Владимир Васильевич Чернявец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Васильевич Чернявец filed Critical Владимир Васильевич Чернявец
Priority to RU2021112296A priority Critical patent/RU2770130C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770130C1 publication Critical patent/RU2770130C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3808Seismic data acquisition, e.g. survey design
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3843Deployment of seismic devices, e.g. of streamers
    • G01V1/3852Deployment of seismic devices, e.g. of streamers to the seabed

Abstract

FIELD: measuring.
SUBSTANCE: invention relates to the field of seismology and can be used in national geophysical measurement observation systems for predicting earthquakes. Proposed is a drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas, equipped with a vertical string of hydrophones, including an instrumentation module consisting of a sealed cylindrical instrumentation module composed of a control unit, and a power source, a satellite communication and navigation system unit, a control unit, and power sources. The station therein additionally comprises a three-component geophone, a recorder, a digital GPS compass, a tiltmeter, a temperature sensor, and a voltmeter installed on the power source. The analysis unit is configured to detect ultra-low-frequency amplitude modulations of hydroacoustic signals - precursors of strong earthquakes, as well as with select pulse signals by amplitude, repetition frequency, duration, and rate of buildup of the front of seismic waves and T-waves of strong earthquakes. The three-component geophone is therein made with active feedbacks, the analysis unit is made in the form of a recorder operating in the continuous recording mode for detecting a seismic event issuing a message to the control computer about the predetermined threshold being exceeded or recording the results to a "solid-state" memory with a volume of up to 32 gigabytes at preset time intervals ("by the calendar"). The analysis unit also comprises four seismic recording channels with an instantaneous dynamic range greater than 136 dB, a highly stable quartz crystal oscillator with long-term instability of 10-7 and is configured to be controlled via the built-in "Ethernet 10/100" interface and is made with a range of recorded frequencies of 0.1…240 Hz. Seismic information is converted to the CSS and MiniSEED formats.
EFFECT: increase in the reliability and accuracy of recording seismic signals in the seas of the Arctic basin.
7 cl

Description

Изобретение относится к области сейсмологии и может найти применение в национальных системах наблюдения геофизических измерений для прогнозирования землетрясений.The invention relates to the field of seismology and can be used in national systems for observing geophysical measurements for earthquake prediction.

Известны способы морской сейсмической разведки на морских акваториях с ледовым покровом (Океанология. Геофизика океана, т. 1. Геофизика океанического дна. М., Наука, 1979, с. 34 [1], патент US №4139074, 1979 [2], авторское свидетельство SU №18355938 А1, 10.04.1995 [3]), в результате применения которых, размещают сейсмографическую аппаратуру в морской среде, посредством технических устройств надводного судна с последующей ее буксировкой.Known methods of marine seismic exploration in marine areas with ice cover (Oceanology. Geophysics of the ocean, v. 1. Geophysics of the ocean floor. M., Nauka, 1979, p. 34 [1], US patent No. 4139074, 1979 [2], copyright certificate SU No. 18355938 A1, 10.04.1995 [3]), as a result of which seismographic equipment is placed in the marine environment by means of the technical devices of a surface vessel with its subsequent towing.

Для этого на акваториях с ледовым покровом предварительно по маршруту движения очищают акваторию от ледового покрова с образованием каналов, по которым буксируют сейсмические преобразователи с использованием метода отраженных волн при исследованиях в сплошном ровном дрейфующем и не дрейфующем льду. При этом скорость движения судна выбирают исходя из длины сейсмического профиля и толщины льда. Выполняют обработку зарегистрированных сигналов для исключения шумов вращения гребного винта и шума разрушения льда корпусом судна. При этом шумы сейсмического приемного устройства записывают в начальном пункте наблюдений и после конечного пункта наблюдений в ледовых условиях в течение времени t1.To do this, in water areas with ice cover, the water area is previously cleared of ice cover along the route of movement to form channels along which seismic transducers are towed using the method of reflected waves in studies in solid even drifting and non-drifting ice. In this case, the speed of the vessel is chosen based on the length of the seismic profile and the thickness of the ice. Processing of the registered signals is carried out to eliminate the noise of propeller rotation and the noise of ice destruction by the ship's hull. In this case, the noise of the seismic receiver is recorded at the initial observation point and after the final observation point in ice conditions during the time t 1 .

Далее рассчитывают спектральные плотности шумов сейсмического приемного устройства, зарегистрированных до начального и после конечного пунктов наблюдений во временном окне 0-t1, выделяют частоты шумов разрушения льда корпусом судна, определяют спектральную плотность шумов разрушения льда на этих частотах, рассчитывают спектральную плотность трасс с сейсмическим сигналом во временном окне t2-tк, весовые коэффициенты на частотах разрушения льда корпусом судна, с учетом которых определяют сейсмический разрез геологической среды. Существенным недостатком является невысокая надежность эксплуатации забортного геофизического оборудования при сейсмических исследованиях в сплошном, ровном дрейфующем и не дрейфующем льду.Next, the spectral densities of the noise of the seismic receiver recorded before the initial and after the final observation points in the time window 0-t 1 are calculated, the frequencies of the noise of ice destruction by the ship's hull are isolated, the spectral density of the noise of ice destruction at these frequencies is determined, and the spectral density of the traces with a seismic signal is calculated in the time window t 2 -t to , the weight coefficients at the frequencies of ice destruction by the ship's hull, taking into account which determine the seismic section of the geological environment. A significant disadvantage is the low reliability of the operation of outboard geophysical equipment in seismic surveys in solid, even drifting and non-drifting ice.

Известны также дрейфующие буйковые гидроакустические станции для определения предвестников сильных землетрясений и цунами (патенты JP №2003232865 А, 22.08.2003 [4], RU №61245 U1, 27.02.2007 [5], Красный М.Л., Малашенко А.Е. Морские исследования и приборостроение на Сахалине. Вестник ДВО РАН, 2004, №1, с. 3-10 [6], У Тон Иль и др. Методические разработки прогноза сильных землетрясений гидроакустическими методами. Морские исследования и технологии изучения природы Мирового океана, 2005, вып. 1 [7], патент RU №2405176 С2, 27.11.2010 [8]).Drifting buoy sonar stations are also known for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis (patents JP No. 2003232865 A, 22.08.2003 [4], RU No. 61245 U1, 02.27.2007 [5], Krasny M.L., Malashenko A.E. Marine Research and Instrumentation on Sakhalin, Bulletin of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 2004, No. 1, pp. 3-10 [6], U Ton Il et al. issue 1 [7], patent RU No. 2405176 C2, November 27, 2010 [8]).

Например, дрейфующая буйковая гидроакустическая станция [8] включает аппаратурный модуль, блок спутниковой системы связи и навигации, блок анализа, блок управления, источники питания. Станция оснащена вертикальной гирляндой гидрофонов. Блок анализа выполнен с возможностью обнаружения и сверх низкочастотных амплитудных модуляций гидроакустических сигналов - предвестников сильных землетрясений; с возможностью отбора импульсных сигналов по амплитуде, частоте повторений, длительности и скорости нарастания фронта сейсмических волн и Т-волн сильных землетрясений - предвестников цунами. Использование такой станции на морских акваториях покрытых льдом проблематично из-за возможных механических повреждений. Кроме того сейсмические сигналы принимаются только на низкочастотные гидрофоны, что снижает достоверность прогноза.For example, a drifting buoy hydroacoustic station [8] includes a hardware module, a satellite communication and navigation system unit, an analysis unit, a control unit, and power supplies. The station is equipped with a vertical string of hydrophones. The analysis unit is configured to detect ultra-low-frequency amplitude modulations of hydroacoustic signals - precursors of strong earthquakes; with the possibility of selecting impulse signals by amplitude, repetition frequency, duration and rate of rise of the front of seismic waves and T-waves of strong earthquakes - tsunami precursors. The use of such a station in ice-covered sea areas is problematic due to possible mechanical damage. In addition, seismic signals are received only on low-frequency hydrophones, which reduces the reliability of the forecast.

Также к недостаткам могут быть отнесены существенные массогабаритные характеристики станции, обусловленные размещением на ней блоков анализа и соответственно существенное энергопотребление. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция [8] выбрана в качестве прототипа.Also, the significant weight and size characteristics of the station, due to the placement of analysis units on it and, accordingly, significant energy consumption, can be attributed to the disadvantages. Drifting buoy hydroacoustic station [8] was chosen as a prototype.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности и достоверности регистрации сейсмических сигналов в морях Арктического бассейна.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability and reliability of registration of seismic signals in the seas of the Arctic basin.

Поставленная задача решается за счет того, что дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом, оснащенная вертикальной гирляндой гидрофонов, включающая в себя контейнер в виде герметичного цилиндрического аппаратурного модуля, и состоящий из блока управления, источника питания, блока спутниковой системы связи и навигации, отличающаяся тем, что станция дополнительно содержит трех компонентный геофон, блок анализа, цифровой GPS-компас-наклонометр. датчик температуры и вольтметр, который устанавливается на источнике питания, расположенные в контейнере, причем цифровой GPS-компас-наклонометр размещается под верхней крышкой контейнера и кабелем соединяется с блоком анализа, а трех компонентный геофон жестко крепится к нижней крышке контейнера, при этом блок анализа выполнен в виде регистратора с диапазоном регистрируемых частот 0,1…240 Гц и содержит четыре или восемь сейсмических каналов регистрации с мгновенным динамическим диапазоном более 136дБ и работающим в режиме непрерывной регистрации с возможностью обнаружения сверх низкочастотных амплитудных модуляций гидроакустических сигналов-предвестников сильных землетрясений, а также с возможностью отбора импульсных сигналов по амплитуде, частоте повторений, длительности и скорости нарастания фронта сейсмических волн и Т-волн сильных землетрясений-предвестников цунами.The problem is solved due to the fact that a drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover, equipped with a vertical garland of hydrophones, including a container in the form of a sealed cylindrical instrumental module, and consisting of a control unit, a power source, block of the satellite communication and navigation system, characterized in that the station additionally contains a three-component geophone, an analysis unit, a digital GPS compass-inclinometer. a temperature sensor and a voltmeter, which is installed on the power source, located in the container, moreover, the digital GPS compass-inclinometer is placed under the top cover of the container and is connected to the analysis unit by a cable, and the three-component geophone is rigidly attached to the bottom cover of the container, while the analysis unit is made in the form of a recorder with a recorded frequency range of 0.1 ... 240 Hz and contains four or eight seismic recording channels with an instantaneous dynamic range of more than 136 dB and operating in continuous recording mode with the ability to detect ultra-low-frequency amplitude modulations of hydroacoustic signals - precursors of strong earthquakes, as well as with the possibility of selecting impulse signals by amplitude, repetition frequency, duration and rate of rise of the front of seismic waves and T-waves of strong earthquakes-tsunami precursors.

При этом трех компонентный геофон выполнен с активными обратными связями, регистратор выдает сообщения на управляющий компьютер о превышении заданного порога или в заранее заданные промежутки времени с записью результатов на твердотельную память объемом до 32 гигабайт, регистратор включает высокостабильный кварцевый генератор с долговременной нестабильностью 10" регистратор управляется через встроенный интерфейс "Ethernet 10/100", встроенный интерфейс "Ethernet 10/100" позволяет подключать регистратор через локальные сети, через сети сотовой связи 3G.4G.GPRS маршрутизаторы к глобальной сети «Интернет», сейсмическая информация конвертируется в форматах GSS, MiniSEED.At the same time, a three-component geophone is made with active feedback, the recorder issues messages to the control computer about exceeding a specified threshold or at predetermined time intervals with recording the results on a solid-state memory of up to 32 gigabytes, the recorder includes a highly stable crystal oscillator with a long-term instability of 10 "the recorder is controlled through the built-in interface "Ethernet 10/100", the built-in interface "Ethernet 10/100" allows you to connect the recorder via local networks, through cellular networks 3G.4G.GPRS routers to the global network "Internet", seismic information is converted in GSS, MiniSEED formats .

Чтобы отслеживать происходящие процессы распространения на морском дне, при многолетнем морском ледяном покрове в высоких широтах Арктики, обусловленных землетрясениями, предлагается выполнять необходимые измерения с помощью сейсмологических установок с малой апертурой, установленных на дрейфующих льдинах.In order to monitor the ongoing propagation processes on the seabed, with multi-year sea ice cover in the high latitudes of the Arctic, caused by earthquakes, it is proposed to perform the necessary measurements using small aperture seismological installations installed on drifting ice floes.

Предлагаемая дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами, содержит вертикальную гирлянду гидрофонов, трехкомпонентный геофон, аппаратурный модуль, блок спутниковой системы связи и навигации, блок анализа, блок управления и источники питания, цифровой GPS-компас, наклономер, датчик температуры и вольтметр, установленный на источнике питания. Блок анализа выполнен с возможностью обнаружения сверх низкочастотных амплитудных модуляций гидроакустических сигналов - предвестников сильных землетрясений, а также с возможностью отбора импульсных сигналов по амплитуде, частоте повторений, длительности и скорости нарастания фронта сейсмических волн и Т-волн сильных землетрясений - предвестников цунами.The proposed drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis contains a vertical garland of hydrophones, a three-component geophone, a hardware module, a satellite communication and navigation system unit, an analysis unit, a control unit and power supplies, a digital GPS compass, a tiltmeter, a temperature sensor and voltmeter installed on the power source. The analysis unit is configured to detect ultra-low-frequency amplitude modulations of hydroacoustic signals - precursors of strong earthquakes, as well as to select pulse signals by amplitude, repetition frequency, duration and rate of rise of the front of seismic waves and T-waves of strong earthquakes - precursors of a tsunami.

При этом трехкомпонентный геофон выполнен с активными обратными связями.In this case, the three-component geophone is made with active feedback.

Блок анализа выполнен в виде регистратора с диапазоном регистрируемых частот 0,1…240 Гц и работающего в режиме непрерывной регистрации по обнаружению сейсмического события с выдачей сообщения на управляющий компьютер о превышении заданного порога или в заранее заданные промежутки времени ("по календарю") с записью результатов на "твердотельную" память объемом до 32 гигабайт и содержит четыре или восемь сейсмических канала регистрации с мгновенным динамическим диапазоном более 136 дБ, высокостабильный кварцевый генератор с долговременной нестабильностью 10-7. Блок анализа также выполнен с возможностью управляется через встроенный интерфейс "Ethernet 10/100".The analysis unit is made in the form of a recorder with a recorded frequency range of 0.1 ... 240 Hz and operating in the continuous recording mode upon detection of a seismic event with the issuance of a message to the control computer about exceeding a predetermined threshold or at predetermined time intervals ("according to the calendar") with a record results on a "solid-state" memory up to 32 gigabytes and contains four or eight seismic registration channels with an instantaneous dynamic range of more than 136 dB, a highly stable crystal oscillator with a long-term instability of 10 -7 . The analysis unit is also configured to be controlled via the built-in "Ethernet 10/100" interface.

При этом в используемом в блоке анализа сохранена функция обнаружения сверх низкочастотных амплитудных модуляций гидроакустических сигналов - предвестников сильных землетрясений, а также с возможностью отбора импульсных сигналов по амплитуде, частоте повторений, длительности и скорости нарастания фронта сейсмических волн и Т-волн сильных землетрясений - предвестников цунами.At the same time, the function of detecting ultra-low-frequency amplitude modulations of hydroacoustic signals - precursors of strong earthquakes, as well as the possibility of selecting pulse signals by amplitude, repetition frequency, duration and rate of rise of the front of seismic waves and T-waves of strong earthquakes - precursors of a tsunami .

Аналогом такого регистратора является цифровой регистратор сейсмических сигналов типа Дельта 03М, который располагается вертикально.An analogue of such a recorder is a digital recorder of seismic signals of the Delta 03M type, which is located vertically.

Регистратор предназначен для автоматической регистрации сейсмических сигналов от естественных и искусственных источников сейсмических колебаний в режиме непрерывного мониторинга с записью и отображением на экране управляющего компьютера сейсмических сигналов, поступающих с входов регистратора, для проведения региональной сейсморазведки. Управляющий компьютер устанавливается на региональной диспетчерской станции.The recorder is designed for automatic recording of seismic signals from natural and artificial sources of seismic vibrations in the continuous monitoring mode with recording and displaying on the screen of the control computer seismic signals coming from the inputs of the recorder for regional seismic exploration. The control computer is installed at the regional dispatching station.

Регистратор предназначен для автономной работы в режиме непрерывной регистрации, в режиме по обнаружению сейсмического события с выдачей сообщения на управляющий компьютер о превышении заданного порога или в заранее заданные промежутки времени ("по календарю") с записью результатов на "твердотельную" память объемом до 32 гигабайт.The recorder is designed for autonomous operation in the continuous recording mode, in the seismic event detection mode with the issuance of a message to the control computer about exceeding a predetermined threshold or at predetermined time intervals ("according to the calendar") with recording the results to a "solid-state" memory up to 32 gigabytes .

Регистратор имеет четыре или восемь сейсмических каналов регистрации с мгновенным динамическим диапазоном более 136 дБ, высокостабильный кварцевый генератор с долговременной нестабильностью 10-7. Предусмотрен режим непрерывной подстройки опорного генератора с использованием встроенного GPS-приемника. Так же в регистраторе предусмотрен встроенный режим калибровки сейсмоприемников.The recorder has four or eight seismic registration channels with an instantaneous dynamic range of more than 136 dB, a highly stable crystal oscillator with a long-term instability of 10 -7 . A mode of continuous adjustment of the reference oscillator using the built-in GPS receiver is provided. The recorder also has a built-in seismic receiver calibration mode.

Регистратор управляется через встроенный интерфейс "Ethernet 10/100", что позволяет подключать его через локальные сети, через сети сотовой системы связи (3G, 4G, GPRS маршрутизаторы) к глобальной сети "Интернет".The registrar is controlled via the built-in "Ethernet 10/100" interface, which allows it to be connected via local networks, via networks of a cellular communication system (3G, 4G, GPRS routers) to the global network "Internet".

Основные технические характеристики регистратора: диапазон регистрируемых частот, Гц 0,1…240; по канальное усиление сигнала (КУ), дБ 0, 12, 24, 36; интегральный уровень шумов, приведенный ко входу при КУ=24 дБ, не более, мкВ в полосе 0,1…7,5 Гц 0,05; в полосе 0,1…15 Гц 0,07; в полосе 0,1…30 Гц 0,09; в полосе 0,1…60 Гц 0,12; в полосе 0,1…120 Гц 0,15; в полосе 0,1…240 Гц 0,18; коэффициент нелинейных искажений, не более, % 0,001; мгновенный динамический диапазон при КУ=0 дБ, не менее, дБ:The main technical characteristics of the recorder: the range of registered frequencies, Hz 0.1…240; per channel signal amplification (CS), dB 0, 12, 24, 36; integrated noise level, reduced to the input at KU=24 dB, not more than, µV in the band 0.1…7.5 Hz 0.05; in the band 0.1…15 Hz 0.07; in the band 0.1…30 Hz 0.09; in the band 0.1…60 Hz 0.12; in the band 0.1…120 Hz 0.15; in the band 0.1…240 Hz 0.18; coefficient of non-linear distortion, no more than, % 0.001; instantaneous dynamic range at KU=0 dB, not less than, dB:

в полосе 0,1…7,5 Гц 130;in the band 0.1 ... 7.5 Hz 130;

в полосе 0,1…15 Гц 127;in the band 0.1…15 Hz 127;

в полосе 0,1…30 Гц 124;in the band 0.1…30 Hz 124;

в полосе 0,1…60 Гц 121;in the band 0.1…60 Hz 121;

в полосе 0,1…120 Гц 118;in the band 0.1…120 Hz 118;

в полосе 0,1…240 Гц 115;in the band 0.1…240 Hz 115;

Программное обеспечение позволяет дистанционно в реальном масштабе времени управлять часами точного времени, режимами работы регистраторов, подключенных к сейсмологической сети, а также получать текущую сейсмическую информацию непосредственно на пункте обработки. Сейсмическая информация конвертируется в форматы CSS, MiniSEED.The software allows remote real-time control of the exact time clock, operating modes of recorders connected to the seismological network, as well as receiving current seismic information directly at the processing point. Seismic information is converted into CSS, MiniSEED formats.

Регистратор обеспечивает возможность построения стационарных систем оперативного сейсмологического контроля и прогноза без или с минимальным набором дополнительного оборудования.The recorder provides the possibility of building stationary systems for operational seismological monitoring and forecasting without or with a minimum set of additional equipment.

Посредством разъемов к регистратору подсоединяются следующие кабели:The following cables are connected to the recorder via connectors:

- кабель от сейсмоприемника СПВ-3к;- cable from seismic receiver SPV-3k;

- от аккумулятора кабель питания 12 В DC;- from the battery power cable 12 V DC;

- кабель внешней антенны GPS;- external GPS antenna cable;

- кабель от цифрового компаса/наклономера;- cable from digital compass/tiltmeter;

- кабель LAN Ethernet- Ethernet LAN cable

3-х компонентный геофон СПВ-3к жестко крепиться к нижней крышке.The 3-component geophone SPV-3k is rigidly attached to the bottom cover.

Велосиметр СПВ-3к имеет малые габариты и представляет собой емкостный сейсмометр с активными обратными связями (Мишин А.В. и др., Малогабаритный сейсмоприемник СПВ-3К, // Приборы и системы разведочной геофизики, No 1, 2013, с. 35-38). Механическая конструкция прибора выполнена по современным технологиям и выпускается серийно с минимальным использованием импортных компонентов. Исполнение сейсмоприемника обеспечивает возможность работы с ним в широком диапазоне климатических условий при его высокой надежности и удобство эксплуатации, в том числе неподготовленным персоналом. Имеет малый уровень собственных шумов вследствие чего обладает расширенной областью регистрируемых сигналов. Основные характеристики:The SPV-3k velocimeter has small dimensions and is a capacitive seismometer with active feedback (Mishin A.V. et al., Compact seismic receiver SPV-3K, // Instruments and systems of exploration geophysics, No 1, 2013, pp. 35-38 ). The mechanical design of the device is made according to modern technologies and is mass-produced with minimal use of imported components. The design of the seismic receiver provides the ability to work with it in a wide range of climatic conditions with its high reliability and ease of operation, including by untrained personnel. It has a low level of intrinsic noise, as a result of which it has an extended area of recorded signals. Main characteristics:

- число компонент 3 (одна вертикальная, две горизонтальных);- number of components 3 (one vertical, two horizontal);

- диапазон частот по уровню -3 дБ, Гц - 0.5…65;- frequency range by level -3 dB, Hz - 0.5 ... 65;

- неравномерность АЧХ не более 1 дБ в диапазоне частот, Гц - 0.6…45;- frequency response unevenness no more than 1 dB in the frequency range, Hz - 0.6 ... 45;

- динамический диапазон, не менее, дБ - 120;- dynamic range, not less, dB - 120;

- коэффициент преобразования В*с/м, 500;- conversion factor V*s/m, 500;

- максимальная амплитуда сигнала на симметричных выходах, В ±3,5;- maximum signal amplitude at balanced outputs, V ±3.5;

- постоянная составляющая на выходе, не более, мВ - ±10;- constant component at the output, not more than, mV - ±10;

- допустимое отклонение СПВ-3к от вертикали, градусов ±15;- allowable deviation of SPV-3k from the vertical, degrees ± 15;

- напряжение питания (варианты исполнения):- supply voltage (options):

однополярное нестабилизированное, В 6…25;unipolar unstabilized, V 6 ... 25;

- потребляемая мощность, Вт 0,65;- power consumption, W 0.65;

- диапазон рабочих температур, градусов С - -30…+55;- operating temperature range, degrees С - -30…+55;

Кабель с питанием 12 в и 3-мя информационными каналами присоединяется к цифровому регистратору сейсмических сигналов.A cable with 12 V power supply and 3 information channels is connected to a digital seismic signal recorder.

Цифровой компас/наклономер размещается под верхней крышкой контейнера и обеспечивает запись магнитного склонения и наклонов станции. Компас/наклономер кабелем соединяется с регистратором. Эти данные предаются на регистратор и доступны для скачивания через сеть.A digital compass/tiltmeter is placed under the top cover of the container and provides a record of the station's magnetic declination and tilt. The compass/tiltmeter is connected by a cable to the registrar. This data is transmitted to the registrar and is available for download via the network.

Конструктивно предлагаемое устройство содержит контейнер с аппаратурой, источник питания (аккумулятор), мачту с антенной связи, модемом и антенной GPS, гидрофон. Кабель с гидрофоном опускается в воду сквозь металлическую трубу диаметром 80 мм. Длина кабеля 10 м. На конце утяжеленный гидрофон. 3-х компонентный геофон СПВ-3к жестко крепиться к нижней крышке контейнера.Structurally, the proposed device contains a container with equipment, a power source (battery), a mast with an antenna connection, a modem and a GPS antenna, a hydrophone. A cable with a hydrophone is lowered into the water through a metal pipe with a diameter of 80 mm. Cable length 10 m. Weighted hydrophone at the end. The 3-component geophone SPV-3k is rigidly attached to the bottom cover of the container.

Компоненты станции размещаются в контейнере из нержавеющей стали с внешним диаметром 290 мм. Размер контейнера позволяет устанавливать его внутри льдины в отверстие 300 мм, которое буриться стандартным механическим буром. Температура льда не опускается ниже -30 градусов. Чем ближе контейнер располагается к подошве льдины, тем выше температура. Температура воды не ниже -4 градуса.The station components are housed in a stainless steel container with an outer diameter of 290 mm. The size of the container allows it to be installed inside the ice floe in a 300 mm hole, which is drilled with a standard mechanical drill. The ice temperature does not fall below -30 degrees. The closer the container is to the bottom of the ice floe, the higher the temperature. The water temperature is not lower than -4 degrees.

В крышке контейнера располагаются разъемы для следующих кабелей:The cover of the container contains connectors for the following cables:

- питания 12 В- 12 V supply

- LAN-LAN

- гидрофона- hydrophone

- кабель антенны GPS.- GPS antenna cable.

В предлагаемом устройстве может использоваться как гирлянда гидрофонов, так и один гидрофон.The proposed device can be used as a string of hydrophones, and one hydrophone.

При оснащении станции, как и в прототипе, вертикальной 8-элементной эквидистантной гирляндой гидрофонов (расстояние между гидрофонами 25 м), установленной в подводном звуковом канале (регистрируется суммарный сигнал, т.е. формируется линейная антенна с диаграммой направленности, ориентированной вдоль горизонта). Частотный диапазон 0,5-2000 Гц, хотя как антенну-гирлянду можно рассматривать в частотном диапазоне 30-2000 Гц.). Для выравнивания гирлянды гидрофонов в линию используется груз.When equipping the station, as in the prototype, a vertical 8-element equidistant garland of hydrophones (the distance between hydrophones is 25 m) installed in an underwater sound channel (the total signal is recorded, i.e., a linear antenna is formed with a radiation pattern oriented along the horizon). The frequency range is 0.5-2000 Hz, although it can be considered as a garland antenna in the frequency range 30-2000 Hz.). A weight is used to align the string of hydrophones into a line.

Источник питания располагается в пластиковом герметичном контейнере. Емкость 180 а/ч и выполнен из аккумуляторных батарей из литий-титаната, обеспечивающий работу в температурном диапазоне -50, 60 градусов.The power supply is located in a plastic sealed container. The capacity is 180 a/h and is made of rechargeable batteries made of lithium-titanate, providing operation in the temperature range of -50, 60 degrees.

Абонентский пункт спутниковой системы связи с помощью антенны осуществляет передачу гидрофизической и служебной информации в центр обработки данных (диспетчерскую станцию), а спутниковая навигационная система «ГЛОНАСС» (GPS) производит определение места. С помощью радиоантенны осуществляется радиообмен между станцией и диспетчерской станцией. Одновременно радиоантенна играет роль активного радиолокационного ответчика. Антенна связи, радиомодем и антенна GPS установлены на мачте. Мачта выполнена выносной и представляет собой металлическую трубу высотой 2 м, которая вмораживается в лед и укрепляется растяжками. На верху мачты крепиться антенна GPS. Кабель к антенне подводиться внутри мачты. Ниже крепиться вертикально секторная антенна с модемом. Кабель LAN от контейнера с аппаратурой подводиться к модему внутри мачты. Кабель питания 12 в подводиться от аккумулятора к радиомодему внутри мачты.The subscriber station of the satellite communication system, using an antenna, transmits hydrophysical and service information to the data processing center (control station), and the GLONASS satellite navigation system (GPS) determines the location. With the help of a radio antenna, radio exchange is carried out between the station and the dispatching station. At the same time, the radio antenna plays the role of an active radar transponder. The communication antenna, radio modem and GPS antenna are mounted on the mast. The mast is made remote and is a metal pipe 2 m high, which is frozen into the ice and strengthened with guy wires. A GPS antenna is attached to the top of the mast. The cable to the antenna is fed inside the mast. A vertical sector antenna with a modem is attached below. The LAN cable from the equipment container is connected to the modem inside the mast. The 12V power cable is connected from the battery to the radio modem inside the mast.

Блок управления представляет собой микроконтроллер, который управляет всеми устройствами станции по заданной программе или по команде, полученной по радиоканалу от центрального компьютера диспетчерской станции.The control unit is a microcontroller that controls all station devices according to a given program or by a command received over the air from the central computer of the dispatching station.

В системе прогнозирования землетрясения и цунами предполагается использовать одновременно не менее 4 пространственно разнесенных и синхронно работающих станций, установленных как на дрейфующих ледовых полях, так и многолетних льдах.In the earthquake and tsunami forecasting system, it is supposed to use simultaneously at least 4 spatially separated and synchronously operating stations installed both on drifting ice fields and multi-year ice.

Возможность использования сейсмических датчиков с установкой их на дрейфующие ледовые поля показана в работе «Сейсмоакустические свидетельства вулканической активности на сверхмедленно - распространяющемся хребте Гаккеля, Северный Ледовитый океан», Geophys. Res. Lett., 32, L18306, DOI: 10.1029 / 2005GL023767. При этом использовались сейсмологические установки с малой апертурой.The possibility of using seismic sensors with their installation on drifting ice fields is shown in the work “Seismoacoustic evidence of volcanic activity on the ultra-slowly propagating Gakkel Ridge, Arctic Ocean”, Geophys. Res. Lett., 32, L18306, DOI: 10.1029/2005GL023767. In this case, seismological installations with a small aperture were used.

В отличие от прототипа регистрация сейсмологических данных производиться не только на низкочастотный гидрофон, который в меньшей степени подвержен воздействию помех от трескающегося льда, но и на 3-х компонентный геофон. Кроме этого пост обработка данных гидрофона (чистая Р-волна) и вертикальной составляющей Z геофона дают возможность очистить данные от помех.Unlike the prototype, the registration of seismological data is carried out not only on a low-frequency hydrophone, which is less susceptible to interference from cracking ice, but also on a 3-component geophone. In addition, post-processing of the hydrophone data (pure P-wave) and the vertical Z component of the geophone makes it possible to clean the data from noise.

Обработка зарегистрированных сейсмологических данных выполняется по известным общепринятым методикам.Processing of the recorded seismological data is performed according to well-known conventional methods.

Опытный образец предлагаемой станции в исполнении с одним гидрофоном прошел натурные испытания и рекомендован к промышленному изготовлению.A prototype of the proposed station in the version with one hydrophone has passed full-scale tests and is recommended for industrial production.

Источники информацииInformation sources

1. Океанология. Геофизика океана, т. 1. Геофизика океанического дна. М., Наука, 1979.1. Oceanology. Geophysics of the ocean, vol. 1. Geophysics of the ocean floor. M., Nauka, 1979.

2. Патент US №4139074, 1979.2. US patent No. 4139074, 1979.

3. Авторское свидетельство SU №18355938 А1, 10.04.1995.3. Copyright certificate SU No. 18355938 A1, 04/10/1995.

4. Патент JP №2003232865 А, 22.08.2003.4. JP patent No. 2003232865 A, 22.08.2003.

5. Патент RU №61245 U1, 27.02.2007.5. Patent RU No. 61245 U1, February 27, 2007.

6. Красный М.Л., Малашенко А.Е. Морские исследования и приборостроение на Сахалине. Вестник ДВО РАН, 2004, №1, с. 3-10.6. Krasny M.L., Malashenko A.E. Marine research and instrumentation on Sakhalin. Bulletin of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 2004, No. 1, p. 3-10.

7. У Тон Иль и др. Методические разработки прогноза сильных землетрясений гидроакустическими методами. Морские исследования и технологии изучения природы Мирового океана, 2005, вып. 1.7. Wu Ton Il et al. Methodical developments in forecasting strong earthquakes by hydroacoustic methods. Marine research and technology for studying the nature of the World Ocean, 2005, no. one.

8. Патент RU №2405176 С2, 27.11.2010.8. Patent RU No. 2405176 C2, November 27, 2010.

Claims (7)

1. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом, оснащенная вертикальной гирляндой гидрофонов, включающая в себя контейнер в виде герметичного цилиндрического аппаратурного модуля, состоящего из блока управления, источника питания, блока спутниковой системы связи и навигации, отличающаяся тем, что станция дополнительно содержит трехкомпонентный геофон, блок анализа, цифровой GPS-компас-наклонометр, датчик температуры и вольтметр, который устанавливается на источнике питания, расположенные в контейнере, причем цифровой GPS-компас-наклонометр размещается под верхней крышкой контейнера и кабелем соединяется с блоком анализа, а трехкомпонентный геофон жестко крепится к нижней крышке контейнера, при этом блок анализа выполнен в виде регистратора с диапазоном регистрируемых частот 0.1…240 Гц и содержит четыре или восемь сейсмических каналов регистрации с мгновенным динамическим диапазоном более 136дБ и работающим в режиме непрерывной регистрации с возможностью обнаружения сверхнизкочастотных амплитудных модуляций гидроакустических сигналов-предвестников сильных землетрясений, а также с возможностью отбора импульсных сигналов по амплитуде, частоте повторений, длительности и скорости нарастания фронта сейсмических волн и Т-волн сильных землетрясений-предвестников цунами.1. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover, equipped with a vertical string of hydrophones, including a container in the form of a sealed cylindrical hardware module, consisting of a control unit, a power source, a satellite communication and navigation system unit, characterized in that the station additionally contains a three-component geophone, an analysis unit, a digital GPS compass-inclinometer, a temperature sensor and a voltmeter, which is installed on a power source, located in a container, moreover, a digital GPS compass-inclinometer is placed under the top cover of the container and is connected by a cable with an analysis unit, and a three-component geophone is rigidly attached to the bottom cover of the container, while the analysis unit is made in the form of a recorder with a recorded frequency range of 0.1 ... 240 Hz and contains four or eight seismic registration channels with an instantaneous dynamic range of more than 136 dB and operating in the continuous recording mode with the ability to detect ultra-low-frequency amplitude modulations of hydroacoustic signals-harbingers of strong earthquakes, as well as with the possibility of selecting impulse signals by amplitude, repetition frequency, duration and rate of rise of the front of seismic waves and T-waves of strong earthquakes-harbingers of a tsunami. 2. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом по п. 1, отличающаяся тем, что трехкомпонентный геофон выполнен с активными обратными связями.2. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover according to claim 1, characterized in that the three-component geophone is made with active feedback. 3. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом по п. 1, отличающаяся тем, что регистратор выдает сообщения на управляющий компьютер о превышении заданного порога или в заранее заданные промежутки времени с записью результатов на твердотельную память объемом до 32 гигабайт.3. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover according to claim 1, characterized in that the registrar issues messages to the control computer about exceeding a predetermined threshold or at predetermined time intervals with recording the results on solid-state memory with a volume up to 32 gigabytes. 4. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом по п. 1, отличающаяся тем, что регистратор включает высокостабильный кварцевый генератор с долговременной нестабильностью 10-7.4. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover according to claim 1, characterized in that the recorder includes a highly stable quartz oscillator with a long-term instability of 10 -7 . 5. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом по п. 1, отличающаяся тем, что регистратор управляется через встроенный интерфейс "Ethernet 10/100".5. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered waters according to claim 1, characterized in that the recorder is controlled via the built-in "Ethernet 10/100" interface. 6. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом по п. 1, отличающаяся тем, что встроенный интерфейс "Ethernet 10/100" позволяет подключать регистратор через локальные сети, через сети сотовой связи 3G, 4G, GPRS маршрутизаторы к глобальной сети «Интернет».6. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover according to claim 1, characterized in that the built-in interface "Ethernet 10/100" allows you to connect the recorder via local networks, via cellular networks 3G, 4G, GPRS routers to the global network "Internet". 7. Дрейфующая буйковая гидроакустическая станция для определения предвестников сильных землетрясений и цунами на акваториях с ледовым покровом по п. 1, отличающаяся тем, что сейсмическая информация конвертируется в форматах GSS, MiniSEED.7. Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in water areas with ice cover according to claim 1, characterized in that seismic information is converted in GSS, MiniSEED formats.
RU2021112296A 2021-04-27 2021-04-27 Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas RU2770130C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112296A RU2770130C1 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112296A RU2770130C1 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770130C1 true RU2770130C1 (en) 2022-04-14

Family

ID=81212535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021112296A RU2770130C1 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770130C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7016260B2 (en) * 2001-12-10 2006-03-21 Institut Francais Du Petrole Seismic data acquisition system using acquisition stations set on the sea bottom
RU2405176C2 (en) * 2008-09-15 2010-11-27 Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Drift buoy hydroacoustic station to reveal signs of large earthquake and tsunami
RU2410725C2 (en) * 2008-06-18 2011-01-27 Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Bouy hydroacoustic station for detecting signs of strong earthquakes and tsunamis
US8228761B2 (en) * 2003-05-30 2012-07-24 Fairfield Industries Incorporated Ocean bottom seismometer package
US20140185408A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Vladimir Eduardovich Kyasper Bottom seismic system
RU160473U1 (en) * 2015-05-22 2016-03-20 Юрий Георгиевич Ерофеев BOTTOM STATION
RU2650849C1 (en) * 2017-03-10 2018-04-17 Владимир Васильевич Чернявец Autonomous seismo-acoustic station

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7016260B2 (en) * 2001-12-10 2006-03-21 Institut Francais Du Petrole Seismic data acquisition system using acquisition stations set on the sea bottom
US8228761B2 (en) * 2003-05-30 2012-07-24 Fairfield Industries Incorporated Ocean bottom seismometer package
RU2410725C2 (en) * 2008-06-18 2011-01-27 Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Bouy hydroacoustic station for detecting signs of strong earthquakes and tsunamis
RU2405176C2 (en) * 2008-09-15 2010-11-27 Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Drift buoy hydroacoustic station to reveal signs of large earthquake and tsunami
US20140185408A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Vladimir Eduardovich Kyasper Bottom seismic system
RU160473U1 (en) * 2015-05-22 2016-03-20 Юрий Георгиевич Ерофеев BOTTOM STATION
RU2650849C1 (en) * 2017-03-10 2018-04-17 Владимир Васильевич Чернявец Autonomous seismo-acoustic station

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2531801C (en) Geophysical data acquisition system
RU2433425C2 (en) Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method
RU2617525C1 (en) Anchored profiling underwater observatory
RU2436134C1 (en) Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean
Adair et al. Low‐frequency noise observations in the deep ocean
RU2770130C1 (en) Drifting buoy hydroacoustic station for determining the precursors of strong earthquakes and tsunamis in ice-covered water areas
RU2545159C1 (en) Anchored profiling underwater observatory
RU2405176C2 (en) Drift buoy hydroacoustic station to reveal signs of large earthquake and tsunami
Dorman et al. Deep-water sea-floor array observations of seismo-acoustic noise in the eastern Pacific and comparisons with wind and swell
RU2457514C1 (en) Method of determining tsunami precursor
Trehu A note on the effect of bottom currents on an ocean bottom seismometer
Blackman et al. Seismoacoustic recordings of a spreading episode on the Mohns Ridge
RU2748132C1 (en) Method for detecting the possibility of a tsunami
RU2738589C1 (en) Method for determining tsunami hazard
RU78333U1 (en) GAS-HYDROACOUSTIC COMPLEX FOR EVALUATING SEISMOTECTONIC ACTIVATION
RU2546784C2 (en) Underwater observatory
RU2410725C2 (en) Bouy hydroacoustic station for detecting signs of strong earthquakes and tsunamis
RU2447466C2 (en) Hydrochemical bottom observatory
RU2282217C1 (en) Method of determining comprehensive data on ocean condition
RU2392643C2 (en) Marine seismic survey system
RU2625100C1 (en) Method for predicting seismic event and observing system for seismic researches
RU2449325C1 (en) Hydrochemical bottom observatory
Dosso et al. Studying the sea with sound
Lindholm et al. Ocean bottom seismometers in the northern North Sea: Experience and preliminary results with the Statfjord OBS
Bayrakci et al. An Introduction to the Ocean Soundscape