Description:

"Micro OBS: Новое поколение океанских донных сейсмометров Micro OBS: A new generation of ocean bottom seismometer И. Оффре, П. Пелло, Ф. Клингельхофер, Л. Жели, Ж. Крозон, Ж. И. Линь, Ж. К. Сибу (Y. Auffret*, P. Pelleau*, F. Klingelhoefer*, L. Geli*, J. Crozon*, J.Y. Lin*, J.-C. Sibuet*)" Во Французском институте исследований по использованию моря (Ifremer) разработаны океанские донные сейсмометры (ОДС) нового поколения. Впервые удалось интегрировать электронные системы сбора и передачи данных, что позволило сократить размеры, вес и стоимость оборудования. Скачивание данных через порт USB и подзарядка батарей от внешнего источника позволяют обслуживать оборудование без вскрытия герметичной части. Оборудование было успешно испытано во время океанографического рейса Ifremer в районе Окинавского желоба у берегов Тайваня. Введение ОДС обычно оснащаются трехкомпонентными сейсмоприемниками для записи изменений движений морского дна во всех направлениях и пьезоприемником для записи давления в окружающей воде. Их опускают на дно моря и отцепляют от троса. Запуск производится акустическим сигналом с борта судна. По сравнению с сейсморазведкой на отраженных волнах ОДС дают лучшее отношение сигнал-шум, поскольку на морском дне обстановки более спокойная, и возможность работы с большими расстояниями ПВ-ПП, что позволяет регистрировать отражения с больших глубин. С особым оснащением оборудование можно размещать на дне на срок до года для отслеживания естественной сейсмической активности (см. Laske et al., 1999). ОДС позволяют определять скорости Pи S-волн в как осадочном чехле так и в остальной части коры. Последние дают возможность сузить область возможных значений геомеханических параметров осадочных слоев (Westbrook et al., 2003a; Westbrook et al., 2003b; Nouze, et al., 2004), а также дают информацию о литологии более глубоких частей коры (Klingelhoefer et al., 2000). В 1970-80-х годах Ifremer разрабатывал и успешно применял ранние образцы океанских донных сейсмографов, в которых впервые использовался выносной сейсмоприемник и вертикальная 15-канальная сейсмокоса (Avedik, 1978; Avedik, 1986). С ростом качества данных сейсморазведки на отраженных волнах разработка широкоугольной сейсмической аппаратуры приостановилась до 1999 г., когда Ifremer приобрел 15 океанских донных пьезоприемников (ОДП). Рис. 1 Карта размещения ОДС в районе Окинавского желоба. Положения ОДС показаны треугольниками, места одновременного погружения MicrOBS и старых ОДС - кружками, сейсмические профили - черными прямыми. На врезке показано положение участка работ. * IFREMER Centre de Brest, Department of Marine Geosciences, BP 70, F-29280 Plouzane. Contact details: Yves.Auffret@ifremer.fr, Pascal.Pelleau@ifremer.fr, Klingelhoefer@ifremer.fr, Louis.Geli@infremer.fr, Jean.Claude.Sibuet@ifremer.fr, Tel : +33 2 98 22 40 40, Fax : +33 2 98 22 45 49 За четыре года Ifremer использовал ОДС в четырех глубинных исследованиях (Gutscher et al., 2002; Contrucci et al., 2004a; Contrucci et al., 2004b; Bartolome et al., subm.), а также в двух детальных исследованиях для описания отражающего горизонта, представляющего дно (Westbrook et al., 2003a; Westbrook et al., 2003b). В ходе рейса в западной части Окинавского желоба (ноябрь 2003 г.) на этом оборудовании впервые были получены данные по естественной сейсмичности. Это был совместный проект Ifremer и Национального Тайваньского университета океана (National Taiwan Ocean University), нацеленный на исследование естественной сейсмичности западной части Окинавского желоба. В ходе проекта по данным 15 ОДС и стационарных наземных станций определялись скорости распространения Pи S-волн в земной коре этого региона, отличающегося очень интенсивным вулканизмом (Hsu et al., 1996; Sibuet et al., 2002). Чтобы повысить разрешение сейсмического разреза, количество станций, используемых в одном рейсе, возросло до 100 (Kodaira et al., 2000). Применение современных вычислительных средств позволяет интерпретировать такие большие объемы данных. Чтобы увеличить возможное количество ОДС, в 2002 г. Ifremer приступил к созданию ОДС нового поколения, малогабаритных, недорогих и простых в обслуживании (рис. 2). Вес цилиндров в воздухе составляет 20 и 40 кг, к чему следует добавить вес элементов плавучести из синтетической пены. Полный вес ОДС составляет 250 кг, не считая 70 кг балласта, поэтому спуск и подъем оборудования в плохую погоду может быть трудным и даже опасным. После подъема цилиндр с электроникой снимается с рамы и вскрывается в лаборатории для перезаписи данных на компьютер и замены батарей перед следующим спуском. На эти операции и различные необходимые перед погружением проверки, включая проверку водонепроницаемых контактов, уходит 1-2 часа. Электронные компоненты для ОДС поставляют компании Geomar (www.geomar.de; Bialas and Flueh, 1999; Flueh et al., 2002) и Send (www.send.de); их монтируют на раме, разработанной в Ifremer. В настоящее время каждый ОДС комплектуется одним трехкомпонентным сейсмоприемником компании KUM (www.kum-kiel.de), обеспечивающим хороший контакт датчика с дном. Сейсмостанция автоматически опускается на дно через несколько часов после погружения при растворении электролитического датчика, разработанного в Ifremer. В комплект оборудования входят также пьезоприемники OAS E-2PD. Частота опроса каналов сейсмои пьезоприемников регулируется от 25 до 1000 раз в секунду, возможно увеличение до 10000 раз в секунду. Срок работы оборудования в режиме записи зависит от частоты опроса и типа питания и составляет обычно около 15 суток. Срок службы устройства всплытия IxseaOceano AR-671CE (www.ixsea-oceano.com) не менее 1 года, но при разрядке батареи системы записи нарушается синхронизация оборудования, и точная датировка данных становится невозможной. Соединение с поверхностью Вакуумный клапан Соединение с дном Оптический маяк 13-дюймовая (325 мм) стеклянная сфера Электронный блок Защитный кожух Пьезоприемник КВ антенна КВ передатчик Литий-ионные аккумуляторы Трехкомпонентный сейсмоприемник Рама с четырьмя опорами Схема всплытия Балласт Рис. 2 Схема ОДС Micro OBS (габариты: 570 x 440 x 440) Материнская плата Persistor CFII Motorola CPU68332 Перенос данных USB 1.1 Persistor Add-on by OES Хранение данных Флэш-карта 1, 2, 4 и более ГБ, совместимая с FAT32 Пьезоприемник Широкополосный HTI-90-U High Tech. Сейсмоприемник 3 * (4,5Hz или 10Hz) АЦП и обработка сигнала Cirrus LogicCS5372 24 bits & DSP CS5376 Тактовый генератор TCXO 1.10-7 Источник питания Литий-ионный аккумулятор SAFT 14.4V 16.5 A H Элемент плавучести 325 мм стеклянная сфера (Vitrovex) Световой маяк Novatech OEM Радиопередатчик Novatech OEM (международный КВ диапазон) Частота опроса 31.25, 62.5, 125, 250, 500 раз в секунду Механизм всплытия Крюк на тросе с разрывным элементом Максимальная глубина погружения До 5000 м Табл. 1. Технические характеристики ОДС Micro OBS При разработке ОДС нового поколения Micro OBS возникли четыре основных новых идеи, не использовавшихся в более ранних моделях. Совмещение блока сбора данных и системы всплытия Это главное новшество (патент №0212159 от 10.02.2002 на имя Оффре и Пелло, 2002), впервые использовано в оборудовании, размещаемом на дне океана. Это позволяет значительно снизить вес прибора и тем самым упростить работу с ним. Совмещение стало возможным благодаря использованию широкополосного пьезоприемника, принимающего как низкочастотные (0.1-100 Гц) сигналы от пневмоисточника или землетрясения так и высокочастотный (около 10 кГц) сигнал на всплытие. Программа сбора данных постоянно отслеживает регистрируемые данные и выделяет в них сигнал на всплытие. Питание от аккумуляторов Чтобы не открывать и затем вновь герметизировать оборудование (сделать это на борту судна по-прежнему сложно), в Micro OBS применено питание от блока аккумуляторов. Кроме того, снижено энергопотребление электронных компонентов. Перенос данных через порт USB Считывание данных производится через порт стандарта USB 1.1, что позволяет не вскрывать прибор после подъема на поверхность. На ныне используемой плате эффективная скорость переноса составляет 200 КБ сек, что позволяет перенести 1ГБ данных за 1.5 часа. Уменьшение габаритов Три вышеназванных новшества позволили существенно сделать габариты Micro OBS существенно меньше, чем у более ранних моделей. Все оборудование удалось поместить в стеклянную сферу диаметром 325 мм, а раньше приходилось использовать сферу диаметром 427 мм (Charvis and Hello, 1988). Вес комплекта составляет всего 20 кг на борту и 17 кг на грунте. Также удалось установить световой и радиомаяки и радиоантенну внутри сферы и упростить ее обнаружение после всплытия, как днем, так и ночью. Первые испытания опытных образцов Micro OBS показали, что уменьшение габаритов облегчает спуск и подъем оборудования. Прибор хорошо заметен даже в условиях волнения на море. При плохой видимости его можно обнаружить на расстоянии до 3 км по радиосигналу с помощью КВ пеленгатора. Световой маяк особенно полезен при ночных подъемах. Программирование Micro OBS перед погружением и при считывании данных проводится с ко' Ключевые слова: габарит, ход рейс, bialas, contrucci, позволять, geophysical, производиться, испытательный участок, качество, вертикальный, ifremer, подъём, кг, удалось, горизонтальный, пластиковый, станция, рама, показать, сравнение, сейсморазведка, исследование, send, составлять, модель, sibuet, оборудование, klingelhoefer, возможный, сбор, окинавский желоб, скорость, море, подъем, int, fr, сейсмический, погружение, одс ifremer, хороший, пьезоприёмник, пластиковый рама, рейс, испытание, естественный, peacock, zillmer, компьютер, -c, частота, грунт, электронный, провести, порт usb, break июль, океанский, берег тайвань, код, возможность, break, сожаление, avedik, расстояние пв-пп, алюминиевый рама, дать, июль, поколение, км, одс microbs, usb, донный, westbrook, система, волна, vanneste, buenz, жёлоб, long, образец, nouze, хранение, вес, бэмбить, благодарность, одс, sea, впервые, борт, упростить, сфера, алюминиевый, окинавский жёлоб, обработка, kodaira, расстояние, прибор, ход, microbs, удаться, brest, отражение, пневмоисточник, geli, землетрясение, ранний, ocean, технический статья, geophys, использовать, rehault, реальный, foucher, канал, батарея, установленный, eage, reston, пучеглазый, запись, бэмби, вертикальный сейсмоприёмник, сейсмоприемник, срок, глубина, высокий качество, источник, дно, всплытие, сейсмоприёмник, технический, статья, окинавский, gutscher, участок, порт, тайвань, высокий, сигнал, использование, microobs