Дальневосточное отделение Российской Академии наук

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева

Результаты акустических исследований,

выполненных на Пильтун-Астохской лицензионной

площади и в прилегающей акватории

с 1 по 6 августа 2001 г.

и

с 17 по 24 сентября 2001 г.

о. Сахалин, Российская Федерация

С. В. Борисов

А. В. Гриценко А. Н. Рутенко А. В. Ходзевич Подготовлено для компаний «Эксон Нефтегаз Лимитед»

и «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани»

Южно-Сахалинск, о. Сахалин, Российская Федерация 31 июля 2002 г.

Содержание СПИСОК РИСУНКОВ В ТЕКСТЕ

СПИСОК ТАБЛИЦ В ТЕКСТЕ

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ

1.1 Задачи программы акустических исследований

1.2 Оборудование для регистрации и обработки акустических сигналов........... 1.3 Терминология и алгоритмы, использованные в отчете

1.4 Единицы измерения

2 ОПИСАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

3 АНАЛИЗ АКУСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ В ТОЧКЕ Т.6.................. 3.1 Измерение акустического фона в районе Пильтунского маяка - лето 2001 г.

4. АНАЛИЗ АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ПЛАТФОРМОЙ

«МОЛИКПАК» И СУДНОМ «ИРБИС»

4.1 Анализ шумов, создаваемых на континентальном шельфе о. Сахалин судном «Ирбис»

4.2. Акустические характеристики оборудования, работающего на платформе «Моликпак»

5 АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ, ФОРМИРУЕМОГО

КОМПЛЕКСОМ «МОЛИКПАК»

5.1 Характеристики акустического поля между платформой «Моликпак» и заливом Пильтун

6 ВЫВОДЫ

7 ПЛАНЫ НА БУДУЩЕЕ

8 БЛАГОДАРНОСТИ

9 ПЕРЕЧЕНЬ АВТОРОВ ОТЧЕТА

10 БИБЛИОГРАФИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ A - МЕТОДОЛОГИЯ НОРМИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА

АКУСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

03-sep-2638_Molikpaq/tr. LB/ed. ISG/09-26-03 i

СПИСОК РИСУНКОВ В ТЕКСТЕ

Рис. 1.1. Карта исследуемого района с указанием местоположения акустических буев (T.6, B.1... B. 5) и потенциальных источников индустриальных шумов («Моликпак», Оха и Ирбис).

Рис. 3.1. Сонограммы шумов в окружающей среде, зарегистрированные в окрестностях точки т.6 в ночное время 1 августа 2001 г.

Рис. 3.2. Сравнительные спектры, характеризующие временное изменение в окружающей среде шумов в диапазоне частот 10-2500 Гц. Данные были зарегистрированы в окрестностях точки т.6 в ночное время августа 2001 г.

Рис. 3.3. Сонограммы акустических шумов, зарегистрированные в точке т.6 днем 2 августа 2001 г. В связи с превышением (перегрузкой) технических возможностей радиогидроакустического буя (РГАБ) акустические импульсы, генерированные в период 16:00 - 18:30, зарегистрированы со значительными нелинейными искажениями Рис. 3.4. Сонограммы акустических шумов, зарегистрированные в точке т.6 в ночь с 4 на 5 августа 2001 г.

Рис. 3.5. Сонограммы акустических шумов, зарегистрированные в точке т.6 в Рис. 4.1. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.3 и B.4, во время движения судна Рис. 4.2. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3 и B.2, во время движения судна Рис. 4.3. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2 и B.1, во время движения Рис. 4.4. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.2, B1 и B.5, во время движения судна «Ирбис» от берега к месту стоянки. Судно «Ирбис» встало на Рис. 4.5. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.2, B1 и B.5, во время движения судна «Ирбис» от берега к месту стоянки. Судно «Ирбис» встало на Рис. 4.6. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) акустических фоновых шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B1 и B.5 ночью Рис. 4.7. Сонограммы G(f,t) и спектры G(f) фоновых акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B1 и B.5 ночью Рис. 4.8. относительные спектры G(f) акустических шумов, зарегистрированных в балластном отсеке платформы «Моликпак» в 09:30, 18 сентября 2001 г.

Рис. 4.9. Относительные спектры G(f) акустических шумов, зарегистрированных на палубе над балластным отсеком платформы «Моликпак» в 10:00, Рис. 5.1. Сонограммы G(f,t) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B.1 и B.5 днем 18 сентября 2001 г.

Рис. 5.2. Относительные спектры E(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B.1 и B.5 при одновременной регистрации сигнала на пл. «Моликпак».

Рис. 5.3. Спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B.1 и B.5 18 сентября 2001 г.

Рис. 5.4. Спектры G(f) тональных акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B.1 и B.5 18 сентября 2001 г.

Pис. 5.5. Сонограммы G(f,t) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.4, B.3, B.2, B.1 и B.5 ночью 19 сентября 2001 г.

Рис. 5.6. Сонограммы G(f,t) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 21-22 сентября 2001 г.

Рис. 5.7. Спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 в 15:50, 17:05, 18:05 и 18:55 21 сентября, 2001 г.

Рис. 5.8. Спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 в 20:10, 21:30 и 21:40 21 сентября 2001 г.

Рис. 5.9. Спектры G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 в 00:20, 02:00, 02:15 и 03:20 22 сентября 2001 г.

Рис. 5.10. Сонограммы G(f,t) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 днем 22 сентября 2001 г.

Рис. 5.11. Spectra G(f) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 в 18:56, 20:16, 21:34 и 21:46 22 сентября 2001 г.

Рис. 5.12. Sonograms G(f,t) акустических шумов, синхронно зарегистрированных в точках B.2, B.1 и B.5 днем 23 сентября 2001 г.

СПИСОК ТАБЛИЦ В ТЕКСТЕ

радиогидроакустических буев.

Краткое содержание Оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС), проведенные до начала разработки запасов нефти и газа у северо-восточного побережья острова Сахалин показали, что основным вопросом охраны морской окружающей среды является защита западной (охотско-корейской) популяции серых китов (Eschrichtius robustus), для которой данная акватория является традиционным местом кормления в летне-осенний период. Эти киты занесены в Красную книгу России как находящиеся под угрозой исчезновения [Красная книга Российской Федерации (Животные) 2001], а по данным Международного союза охраны природы и природных ресурсов (IUCN) они отнесены к видам, находящимся под угрозой полного исчезновения [Hilton-Taylor 2000]. Фотоидентификационные работы показали, что за несколько последних лет некоторые особи китов пришли в истощенное состояние.

Наблюдения за серыми китами, проведенные в 1999 и 2000 годах показали, что основные места кормления (нагула) серых китов находятся в прибрежной зоне шельфа у входа в залив Пильтун и простираются к северу вдоль северовосточного берега острова Сахалин в пределах 20-метровой изобаты.

Экспертной комиссией Государственной экологической экспертизы (ГЭЭ) было высказано пожелание, чтобы в Программу мониторинга серых китов в районе месторождения Одопту были включены исследования суммарного техногенного воздействия на эту популяцию будущей разработки данного месторождения, причем особое внимание должно быть уделено влиянию низкочастотных акустических волн. Соответственно, в 2001 г. акустические измерения были проведены у входа в залив Пильтун (начало августа), на платформе «Моликпак» и вблизи нее, а также на трассе «Моликпак – Пильтун» (вторая половина сентября).

Дополнительные исследования фоновых и антропогенных шумов, генерируемых в процессе проведения строительных и эксплуатационных работ, будут проводиться в 2002 г. и в последующие годы.

нефтедобывающий комплекс «Витязь» излучают тональные и узкополосные акустические сигналы, в том числе на частотах меньше 30 Гц, спектральный уровень, которых на 10-15 дБ выше, чем уровень широкополосного шума. Было установлено, что наиболее интенсивными источниками акустического шума с частотой менее 1 кГц являются суда обеспечения. На участке кормления серых китов, расположенном в море недалеко от входа в Пильтунский залив, практически постоянно фиксировались антропогенные акустические сигналы, излучаемые стационарными и движущимися источниками. Спектральные уровни этих тональных и узкополосных сигналов (с частотой менее 500 Гц) составляли ~80-90 дБ отн. 1 мкПа2/Гц.

1 Введение Программа акустических исследований, проведенных в районе северовосточного шельфа острова Сахалин в 2001 году, включала две основные задачи. Первая задача заключалась в оценке уровней и мониторинге звука, сейсморазведывательных работ, а вторая – в изучении временных и пространственных вариаций амплитуды и частотных характеристик антропогенных акустических шумов регистрируемых у входа в залив Пильтун1.

Первая задача была рассмотрена в отдельном отчете [Борисов и др., 2002], а вторая задача является предметом обсуждения данного отчета. Акустические измерения были проведены у входа в залив Пильтун в начале августа, а на трассе «Моликпак – Пильтун» в середине сентября. Основными источниками антропогенных акустических шумов в данном районе являются оборудование, работающее на платформе «Моликпак» и плавучем нефтехранилище «Оха», вспомогательные суда, обслуживающие нефтедобывающий комплекс «Витязь», а также движущейся или стоящий на якоре танкер. Кроме того, в течение августа и сентября, сейсморазведочное судно «Нордик Эксплорер»

проводило сейсморазведывательные работы на участке, расположенном к северу от 52 57’ сев. широты [Борисов и др., 2002]. Двигатели зодиаков, дополнительными источниками нестационарных акустических шумов в этом районе. Зодиаки, в течение нескольких лет, используются группой научных сотрудников, базирующихся на Пильтунском маяке.

Предшедствующие исследования [Cummings et. аl., 1968] показали, что серые киты могут издавать акустические сигналы на инфразвуковых частотах (15 Гц);

однако большинство, генерируемых ими сигналов состоят из серий импульсов с концентрацией акустической энергии в полосе частот от 300 до 800 Гц [Richardson et al. 1995]. Для оценки возможного воздействия антропогенного шума на процесс кормления серых китов, необходимо определить средние амплитуды (уровни) и спектры этих шумов, а также исследовать особенности и потери при распространении звука от платформы «Моликпак» к входу в залив Пильтун. Известно, что в этом районе серые киты кормятся на глубинах ~6-12 м [Sobolevsky 1999, 2000; Язвенко и др. 2002].

На рис. 1.1 показана карта района исследований с указанием точек (т.6, B.1, … B.5), в которых с помощью стационарных радиогидроакустических буев были проведены измерения окружающих акустических шумов. На этой карте также показано местоположение платформы «Моликпак» и плавучего нефтехранилища «Оха», которые соединены подводным трубопроводом (потенциальные источники шума). На карте также показана акустическая трасса «Моликпак - Пильтун», вдоль которой были проведены специальные Пильтунского маяка, который отмечен кружком оранжевого цвета2.

Вход в залив Пильтунй является одним из участков летнего кормления (нагула) для корейско-охотской (западной) популяции серых китов.

В настоящее время из-за перемещения песчаной косы вход в залив Пильтун находится значительно южней, чем это показано на рис. 1.1, примерно на траверзе точки В.3.

Рис. 1.1 – Карта исследуемого района с указанием местоположения акустических буев (T.6, B.1... B. 5) и потенциальных источников индустриальных шумов («Моликпак», Оха и Ирбис).

1.1 Задачи программы акустических исследований радиогидроакустических буев (РГАБ) и проведение синхронных измерений с целью определения спектральных характеристик шума, производимого добывающим комплексом «Витязь» и особенностей его распространения в район кормления серых китов.

1. С помощью РГАБ, установленных в районе кормления серых китов, провести измерения акустического фона в разных погодных условиях и во время проведения типовых операций на платформе «Моликпак», которые могут сопровождаться генерированием акустических шумов.

«Моликпак», генерируемые работающими на ней механизмами.

3. Исследовать временные и пространственные вариации антропогенного движущимися источниками.

1.2 Оборудование для регистрации и обработки акустических сигналов Для измерения акустических сигналов в полосе частот от 10 Гц до 5 кГц и передачи их на береговой пост по радиоканалу применялись стационарные автономные радиогидроакустические буи. Акустические сигналы измерялись у дна с помощью гидрофонов, установленных в пирамидальном проволочном каркасе3. Применялись гидрофоны двух типов: стандартные дисковые гидрофоны типа ПР-1 (PR-1) и цилиндрические гидрофоны типа ПР-2 (PR-2).

На приемном посту с помощью усилителя-корректора компенсируется уменьшение коэффициента уселения на низких частотах предварительного измерительном тракте взаимно компенсирующих частотных коррекций Гидрофон преобразует акустическое давление в электрическое напряжение.

радиотелеметрического канала. Аналоговые данные, полученные на береговом посту, преобразуются в цифровые данные с помощью аналогоцифрового преобразователя (ADC) в цифровой код и накапливаются в визуализацию и накопление данных, поступающих от восьми акустических буев. Более подробное описание характеристик и результатов калибровки использованного оборудования приведено в отчете [Борисов и др., 2002].

Измеряемый радиогидроакустическим буем (РГАБ) уровень (RL) акустического шума зависит от глубины моря в районе измерений и расстояния до измерительном тракте акустического буя устанавливаться так, чтобы максимально использовать динамический диапазон радиотелеметрического канала. Чем ближе расположен РГАБ к платформе «Моликпак», тем выше уровень акустического шума и тем меньше коэффициент усиления (или чувствительность) в этом РГАБ. Поэтому, РГАБ, установленные вдали от платформы «Моликпак» (в мелководной части изучаемой акватории) (т.6, B. и B.3), имеют более высокие коэффициенты усиления, чем те, которые расположены на близких расстояниях.

поступающие от пяти акустических буев (Рис. 1.1, пункты от B.1 до B.5), многоэлементной радиоантенны и высокочуствительных радиоприемников5.

Это позволило осуществить синхронный прием и накопление акустических Данные хранятся на жестких дисках портативного компьютеров в файлах размером мегабайт, что облегчает их перезапись на компакт-диски (CD's).

Стандарт AX- данных измеряемых пятью РГАБ.

1.3 Терминология и алгоритмы, использованные в отчете Фоновые и антропогенные шумы, измеренные радиогидроакустическими буями, записывались на диске в микропаскалях (мкПа)6. Для описания децибелах. В данном отчете, при построении графиков спектров шумов, используется спектр плотности мощности звукового давления (мкПа2/Гц)7.

Спектральный уровень шума относится к уровню акустической мощности сигнала в полосе частот шириной 1 Гц. Этот термин применим только к звуковым волнам с непрерывными частотными спектрами8. Такие спектры интервалов9, что повышает статистическую стабильность (достоверность) количественных оценок уровня фонового шума10.

Сонограммы иллюстрируют изменения спектров во времени и, построены в условной цветовой шкале охватывающей диапазон от ~40 до ~105 дБ отн. мкПа2/Гц.

радиогидроакустических буев, представляются в виде синхронных рядов пространственно дискретных данных. Эти ряды позволяет оценивать Данные нормировались (с учетом чувствительности гидрофонов и сквозного коэффициента усиления измерительного тракта) для преобразования в стандартные единицы давления (измеряемого гидрофоном) в реальном масштабе времени.

Энергетические и силовые спектры даются в масштабе 1 Гц независимо от длины анализируемой записи.

Непрерывный частотный спектр представляет собой спектр сигналов, замеренных в любом диапазоне частот.

Усреднение для 10 – 300 односекундных реализаций спектра.

Осреднение спектров уменьшает ошибки связанные с инструментальными шумами и увеличивает отношение измеряемого шума к инструментальному шуму при низких уровнях акустического фонового шума.

временные, пространственные и спектральные11 характеристики измеренных акустических полей. Шум (сигнал), создаваемый движущимся судном имеет Оборудование, работающее на платформе «Моликпак» (газогенераторы, компрессоры, насосы и др.), является также источником непрерывного тонального и широкополосного акустического шума, включая и шумы в