Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана

Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана

Реферат

Способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана

Изобретение относится к мониторингу окружающей среды и может быть использовано при исследовании и контроле параметров атмосферы, земной поверхности, океана, при поиске месторождений.

Известны способы оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана [1-6], которые включают транспортировку к области исследования диагностического модуля с комплектом спускаемых капсул, снабженных регистрирующей аппаратурой, включающей радиозонды, датчики измерения температуры, давления, морского течения, солености, акустических сигналов, при этом количество спускаемых капсул удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области, разведение капсул по площади исследуемой области, регистрацию сигналов геофизических полей, передачу измеренных сигналов на пункт приема для последующей их обработки, анализа и выработки корректирующих действий по предотвращению нежелательных последствий, способных нарушить эксплуатационную безопасность объектов хозяйственной деятельности на море.

В известном способе [3] каждом i-м радиозонде измеренные значения j параметров атмосферы, земной поверхности и океана преобразуют в цифровые коды, формируют цифровое сообщение, содержащее i-й номер радиозонда и измеренные значения j параметров атмосферы, земной поверхности и океана в цифровой форме, генерируют высокочастотное колебание на частоте wi, манипулируют его по фазе цифровым сообщением и сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией усиливают по мощности и излучают в эфир, а на каждом пункте приема осуществляют последовательный поиск и преобразование сигналов по частоте, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте, осуществляют его частотное детектирование, в результате которого выделяют короткие разнополярные импульсы, соответствующие моментам скачкообразного изменения фазы сложного сигнала с фазовой манипуляцией, формируют с их помощью разнополярное напряжение в прямом и обратном коде, пропорциональное цифровому сообщению, регистрируют и анализируют его, в результате чего определяют i-й номер радиозонда и значения j параметров атмосферы, земной поверхности и океана. Использование сложных сигналов с фазовой манипуляцией для передачи дискретной информации от радиозондов на пункт приема способствует повышению достоверности оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана.

Однако данный известный способ, основанный в основном на радиометрических измерениях, позволяет фиксировать только изменение параметров естественных полей, и его технический результат заключается только в усовершенствовании линии передачи дискретной информации от радиозондов на пункт приема. При этом структурные параметры исследуемых областей не восстанавливаются, что позволяет использовать указанный способ только для исследовательских целей, а также для организации каналов надежной связи.

Использование в качестве основного средства измерения сигналов от радиозонда позволяет регистрировать сигналы, распространяющиеся только в атмосфере и на границах атмосфера - водная поверхность и атмосфера - земля, что существенно снижает информативность известного способа.

Кроме того, в последние годы с развитием добывающей промышленности, увеличилось количество морских платформ и терминалов, а соответственно, увеличились судовые потоки в этих регионах, что вносит дополнительные искажения в результаты исследований.

Размещение морских платформ и терминалов на континентальной шельфе, особенно в Северном Ледовитом океане, требуют решения нескольких проблем, связанных с отсутствием фактических батиметрических данных по рельефу дна Северного Ледовитого океана, которые необходимы для определения координат подножия континентального склона и изобаты 2500 м, с отсутствием однозначного геолого-геофизического обоснования естественного продолжения континентальной окраины в зоне сопряжения с хребтом Ломоносова и поднятием Менделеева, что не позволяет определить положение континентальной окраины на хребте и поднятии по простиранию этих структур, а также с отсутствием достоверной картографической информации батиметрических и сейсмических профилей.

Наиболее трудоемкими задачами являются задачи определения параметров границ континентального шельфа и сейсмического мониторинга. В частности, регистрация удаленных морских землетрясений наземными сейсмометрами производится с большими погрешностями в определении глубин гипоцентров, плановых координат и магнитуды, а слабые землетрясения при этом практически не регистрируются. Как известно большинство землетрясений (до 80%) происходит под дном морей и океанов. Донная сейсмическая активность, как известно, концентрируется в прибрежных зонах континентальных окраин, островных дуг и срединных океанических хребтов. Это представляет существенную опасность для морских терминалов и береговых сооружений, образующих инфраструктуру добычных комплексов газонефтяных месторождений. Донные землетрясения зачастую вызывают разрушительные волны цунами, приводят к моретрясениям, опасным для судов (особенно для судов по транспортировке углеводородов), провоцируют сход подводных лавин и оползней и другие явления, которые нарушают геоэкологию акваторий. В связи с активным освоением шельфа для нефтедобычи и газодобычи, прокладкой подводных трубопроводов и кабелей связи, донные землетрясения и провоцируемые ими явления становятся чрезвычайно опасными как для самих морских сооружений, так и для экологии региона в целом. Также не следует исключать возможность появления наведенной сейсмичности при извлечении больших объемов нефти и газа из земных недр, что влечет за собой необходимость сейсмологического обеспечения морских добычных комплексов и других крупных подводных сооружений. Кроме того, сейсмические волны, распространяющиеся в земной поверхности, несут информацию о структуре недр.

Известный способ определения опасности цунами [6] включает размещение в прибрежной зоне на глубине более 100 м, на расстоянии, обеспечивающем необходимое время на защиту охраняемого района, определяемом на основании формульной зависимости, групп устройств регистрации, соединение их трактом связи с наземными станциями приема, размещение на расстоянии 2-4 тысяч километров от берега еще одной группы устройств регистрации, установление факта возникновения цунами по сигналам дальних устройств и определение степень опасности волны цунами для охраняемого района по сигналам ближних устройств регистрации.

Поэтапное определение опасности цунами обеспечивает надежный прогноз цунами, однако размещение регистрирующих устройств на глубинах более 100 м огранивает информативность получения первичных сигналов и, как следствие, снижает достоверность прогноза, так как известно, что наибольшая информативность первичных сигналов наблюдается на глубинах 6-10 м от уровня прилива, вблизи берега и вдоль континентальных шельфов.

Кроме того, непосредственное использование зарегистрированных сигналов в качестве прямых предвестников цунами осложнено наличием помех, создаваемых шумами морской среды различного происхождения (динамические, обусловленные приливно-отливными движениями водной толщи, ветровыми волнами, турбулентными потоками в воде и атмосфере, дождями, прибойными движениями и т.п.; шумы от морских судов и прибрежных технических сооружений; сейсмические, к которым помимо сигналов, вызванных тектоническими сдвигами (землетрясениями), относятся также сигналы, обусловленные вулканической деятельностью и распространением цунами; подледные, обусловленные процессами образования и динамикой ледяного покрова, а также взаимодействием ветра и подводных течений с неровностями ледяного покрова; биологические; тепловые), что требует обеспечения высокого отношения сигнал/помеха при приеме сигналов.

Для повышения информативности в способе сейсмического микрорайонирования [7], включающем размещение исследуемых и опорных пунктов наблюдений на участках с различными инженерно-геологическими условиями, регистрацию в них сейсмических колебаний от землетрясений из потенциально опасных и других очаговых зон, определение динамических параметров сейсмических колебаний и их вариаций в каждом исследуемом пункте наблюдений относительно опорных в заданном частотном диапазоне исследований, дополнительно проводят трехкомпонентную регистрацию сейсмических колебаний по ортогональной, ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей с расстоянием между пунктами наблюдений, не превышающим 1/3-1/4 длины волны наиболее высокочастотных сейсмических колебаний, образующих информативные вариации амплитуд, а расстояние между профилями составляет 1/3-1/4 минимального пространственного периода информативных амплитудных вариаций высокочастотного диапазона сейсмических колебаний. Однако ввиду того, что в общем случае величина амплитуд давления сейсмических сигналов зависит от величины вызвавшего сигнал вертикального смещения дна (определяемого произведением скорости смещения на длительность импульса), волнового сопротивления вод (определяемого произведением плотности воды на скорость звука), угла преломления акустической волны, вышедшей из дна в воду, а также от удаления горизонта наблюдений от дна, достоверные сигналы могут регистрироваться на высоких частотах (50…80 Гц и выше), область применения известного способа ограничена участками с однородными инженерно-геологическими условиями, что существенно снижает его информативность.

Повышение информативности достигается в способе [8], заключающемся в задании региональных кусочно-непрерывных профилей, ориентировании их в крест простирания изучаемых тектонических элементов, задании поперечных профилей и проведении по ним наблюдений, в котором региональные профили задают в виде пар квазипараллельных кусочно-непрерывных профилей, а поперечные - в виде пересекающихся друг с другом кусочно-непрерывных профилей, ориентируют поперечные профили по простиранию изучаемых тектонических элементов, создают вокруг этих элементов замкнутый полигон, при этом положение каждой последующей пары профилей уточняют после получения данных в предыдущей паре профилей, а расстояние между региональными профилями определяют по размерам изучаемых тектонических элементов, что повышает информативность за счет возможности изучения сложно построенных сред.

Однако данный способ имеет ограничения по применению, так как создание замкнутого полигона отягощено выполнением требований по обеспечению высокоточного координирования, возможным только в сухопутных условиях.

В известном способе сейсмического микрорайонирования [9], заключающемся в возбуждении сейсмических колебаний невзрывным импульсным источником, регистрации их сейсмоприемниками, расположенными на участках с различными инженерно-геологическими условиями, определении значения скоростей поперечных волн, частотных характеристик зарегистрированных колебаний и оценке на основе этих характеристик приращения балльности, дополнительно возбуждают повышенные сейсмические колебания, по сравнению с первоначальными колебаниями, а в качестве величины, характеризующей частотную характеристику колебаний, используют величину, обратную средневзвешенному периоду в полосе частот 0,3-30 Гц, определяют приращение балльности для дополнительного возбуждения и вводят величину разности балльностей в качестве поправки за нелинейные эффекты в полученные ранее данные наблюдений, использовавшие маломощный, сейсмический источник, что повышает надежность и точность за счет более полного учета нелинейных свойств грунта.

Существенным недостатком данного способа является необходимость создания развивающегося напряжения в грунте не менее 0,1 и 5 кг/кв.см, что в условиях морского дна является сложной технической задачей.

В известном способе сейсмической разведки [10], который включает возбуждение и регистрацию интерференционной системой сейсмических сигналов по системе многократного профилирования и обработку полученных данных, построение по сейсмограммам, полученным в результате предварительных работ на участке профиля исследований, скоростно-угловых спектров из соотношения временной задержки для годографа от двойного времени пробега волны по нормали к отражающей границе, удаления взрыв-прибора, эффективной скорости до границы и угла наклона границы, по построенным спектрам выделяют основные сейсмические волны и проводят последующие сейсмические работы на профиле для выбранных параметров сейсмических волн интерференционной регистрирующей системой с оптимальной характеристикой направленности, параметры которой определяют из соотношения в зависимости от текущего угла, кратности интерференционной системы, опорной частоты сигнала и запаздывания между двумя годографами для углов наклона и текущих углов, что повышает эффективность сейсмической разведки в сложно построенных средах. Однако технический эффект данного способа может быть получен только в сухопутных условиях при отсутствии воздействия окружающей среды.

В известном способе сейсмической разведки [11], включающем разделение геологического объекта на глубинные этажи, определение наибольшей частоты сейсмических сигналов, приходящих с каждого этажа, расчет для каждого глубинного этаже шага квантования по времени, меньшего чем 1/4 наибольшей частоты сейсмического сигнала для i-го глубинного этажа, а по пространству, меньшему или равному отношению длины волны наибольшей частоты сейсмического сигнала для i-го этажа к углу наклона фронта приходящей волны, возбуждение, прием группами сейсмоприемников сигналов, их цифровую регистрацию и обработку, дополнительно для каждого глубинного этажа определяют длину базы группирования сейсмоприемников по выражению, согласно которому длина базы равна или меньше отношения длины волны наибольшей частоты сейсмического сигнала для i-го этажа к четырем синусам угла наклона фронта приходящей волны, что позволяет повысить отношение сигнал/помеха на этапе приема и повысить точность исследований.

Однако технический результат, на достижение которого направлено решение [11], заключающийся в повышении точности результатов исследований, может быть получен только при жесткой привязке сейсмических приемников, что может быть обеспечено только в сухопутных условиях. В известном способе обнаружения возможности наступления катастрофических явлений [12], включающем измерение параметра геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений, измерения производят непрерывно, выявляют колебания измеряемого параметра и при обнаружении синусоидальных колебаний возрастающей частоты, имеющих амплитуду, статистически достоверно отличающуюся от фоновой для контролируемого района, и период от 100 до 1000000 с, судят о наличии возможности наступления катастрофических явлений. Однако непосредственное использование этих сигналов в качестве прямых предвестников цунами осложнено наличием помех, создаваемых шумами морской среды различного происхождения, в связи с чем возникает задача выделения подводных сейсмических сигналов на фоне шумов морской среды.

Наиболее широкий спектр сигналов можно получить при использовании способа сейсмической разведки [13], включающего возбуждение упругих колебаний, их регистрацию сейсмоприемниками, каждый из которых содержит три датчика, расположенных под углом 45 градусов к горизонтальной плоскости, и обработку полученных записей с выделением полезного сигнала, в котором одновременно возбуждают упругие волны Р- и S-типов, регистрацию проводят сейсмоприемниками, каждый из которых дополнительно содержит четвертый датчик, при этом все датчики равномерно распределены по азимуту, при обработке полученных записей рассчитывают прямоугольные декартовые координаты полного вектора волнового поля в каждой точке приема путем сравнения модулей декартовых проекций, рассчитанных в каждой точке приема, с модулем полного вектора в данной точке приема, выделяют три монотипные линейно-поляризованные волны РР-, SV-, SH- типов и нелинейно поляризованную волну, которые используют в качестве полезного сигнала.

В известном способе определения предвестников цунами [14], включающем размещение в прибрежной зоне и на удалении от нее групп устройств регистрации сигналов на глубинных горизонтах наблюдений, равномерно распределенных по азимуту, соединение их трактом связи с внешними станциями приема и обработки сигналов, регистрацию и обработку сигналов, заключающуюся в поэтапном определении опасности возникновения цунами, с определением динамических параметров сейсмических колебаний и их вариаций в каждом исследуемом пункте наблюдений в заданном частотном диапазоне, с обработкой регистрируемых сигналов в высокочастотном и низкочастотном диапазонах сейсмических колебаний, с выделением фаз сигналов, характеризующих приход волн, связанный с распространением в земной коре волн сжатия и поперечных волн, помимо фаз типа РР, S гидроакустических сигналов также выделяют T-фазу; при этом устройства регистрации размещают на горизонтах наблюдений, кратных 25 м при максимальном горизонте наблюдений, равном 100 м, определяют приход акустической волны сейсмического происхождения по величине сдвига частоты рассеянного излучения, причем посредством средств регистрации, размещенных в ближней зоне от очага землетрясения, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, а в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов используют шумы судоходства; посредством средств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, момент появления и направление прихода сейсмоакустических волн определяют путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа волн на комбинационных частотах.

Совокупность отличительных признаков способа [14] позволяет получать достоверные сведения о наступающем цунами, что обусловлено регистрацией более широкого спектра сигналов.

В то же время, возбуждение волн цунами землетрясениями в сжимаемой жидкости сопровождается генерацией гидроакустических полей в более широком частотном диапазоне, а их энергия может превышать энергию волн цунами. При этом низкочастотные поля (F<1 Гц), так же как и волны цунами, возбуждаются в основном за счет вертикальных подвижек дна в эпицентре землетрясения. Возбуждение высокочастотных гидроакустических полей (фаза Т) происходит на значительно большей площади и существенно зависит от рельефа дна. Поэтому высокочастотные гидроакустические поля содержат относительно меньше информации собственно о формах движения дна в эпицентре землетрясения. Наличие интенсивных низкочастотных акустических полей в очаге цунами наблюдается в диапазоне 0,05-0,4 Гц, при этом основная энергия упругих колебаний превышает энергию волны цунами примерно в 300 раз [15]. На очень низких частотах (ниже 0,01 Гц), вследствие пренебрежимо малой толщины слоя океана по сравнению с длиной волны, происходит непосредственное возбуждение анемобарических волн за счет перепадов атмосферного давления [16]. Часть энергии микросейсм, распространяющихся под малыми углами к вертикали, рассеиваются в толще Земли в виде объемных волн в соответствии с законом 1/R. Другая часть микросейсм вследствие рефракции или отражения от нижележащих слоев возвращается к верхней границе и претерпевает повторные отражения и преобразования продольных волн в поперечные и наоборот. При этом могут образовываться поверхностные волны разных типов, которые могут распространяться на большие расстояния с малым затуханием (энергетический коэффициент затухания пропорционален 1/R). При этом образуются волны Релея, Стоунли и Лява. Скорость волн Релея всегда больше скорости звука в воде. Поэтому на достаточно высоких частотах, когда длина волны в водном слое соизмерима с глубиной океана, часть энергии волн Релея переходит в воду. Амплитуда волн при этом уменьшается. Оценки показывают, что влияние слоя воды при глубине океана 4 км начинает сказываться на частотах около 0,01 Гц. На частоте около 0,1 Гц волна, отраженная от поверхности жидкости, проходит на дно в противофазе, т.е. происходит максимальное подавление релеевской волны. Наибольшее затухание при этом претерпевает основная мода, так как ее пучность расположена на границе вода - грунт. Высшие моды затухают меньше, поскольку имеется ряд пучностей этих мод в нижележащих слоях. За счет обмена акустической энергией между жидкостью и упругим основанием при достаточной глубине океана может возникнуть и распространяться вдоль дна поверхностная волна Стоунли. При этом вдоль вертикали по обе стороны границы располагаются неоднородные затухающие волны. При глубине океана 4 км образование волн Стоунли возможно на частотах, начиная примерно с 1 Гц, а на частотах выше 10 Гц ограничивающим влиянием глубины океана можно пренебречь. Скорость волны Стоунли меньше скорости волн в воде и грунте, поэтому отсутствуют потери энергии за счет "вытекающих" волн. Отсюда следует, что распространение волн Стоунли вдоль морского дна на большие расстояния на высоких частотах возможно, в отличие от волн Релея. Поверхностные волны Лява представляют собой поперечные колебания с горизонтальной поляризацией. Поэтому они не могут непосредственно возбуждаться волнами, падающими на границу из водной среды или за счет перепадов анемобарического давления. Их появление в составе микросейсм связано с преобразованием волн Релея на неоднородностях земной коры, а также с сейсмической эмиссией из коры и верхней мантии.

Регистрация в известном способе [14] T-фазы с использованием волн накачки может привести к существенным трудностям при выделении предвестника цунами на комбинационных частотах в прибрежной зоне из-за возможных проявлений влияния местных микросейсм в широком частотном диапазоне, служащих естественным фоном, который определяет порог чувствительности сейсмографов.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности исследований и расширение функциональных возможностей способа оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана за счет повышения информативности. Поставленная цель достигается тем, что в способе оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана, включающем транспортировку к области исследования диагностического модуля, последовательное с временными заданными интервалами отделение от него нескольких комплектов спускаемых капсул, снабженных измерительной аппаратурой, включая радиозонд, количество которых удовлетворяет условию заполнения исследуемой области, измерение с помощью радиозондов во время их спуска и после приземления или приводнения параметров атмосферы, земной поверхности и океана, передачу информации от радиозондов на пункты приема, при этом на каждом i-м радиозонде измеренные значения j параметров атмосферы, земной поверхности и океана преобразуют в цифровые коды, формируют цифровое сообщение, содержащее i-й номер радиозонда и измеренные значения j параметров атмосферы, земной поверхности и океана, в цифровой форме, генерируют высокочастотное колебание на частоте wi, манипулируют его по фазе цифровьм сообщением и сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией усиливают по мощности и излучают в эфир, а на каждом пункте приема осуществляют последовательный поиск и преобразование сигналов по частоте, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте, осуществляют его частотное детектирование, в результате которого выделяют короткие разнополярные импульсы, соответствующие моментам скачкообразного изменения фазы сложного сигнала с фазовой манипуляцией, формируют с их помощью разнополярное напряжение в прямом и обратном коде, пропорциональное цифровому сообщению, регистрируют и анализируют его, в результате чего определяют i-й номер радиозонда и значения j параметров атмосферы, земной поверхности и океана, в состав комплектов спускаемых капсул дополнительно включают дрейфующие и подводные измерительные станции, перед размещением капсул с измерительной аппаратурой выполняют мониторинг исследуемой области по фондовой и/или архивной информации, с формированием базы данных на пункте приема, включающей информацию о рельефе дна, стационарных гидродинамических процессах, результаты дистанционных аэрокосмических зондирований, характеристики состояний природной среды и техногенных объектов хозяйственной деятельности, характеристики геофизических полей, с формированием электронных карт; дрейфующие измерительные станции, снабженные спутниковых каналом радиосвязи и гидроакустическим каналом связи, размещают на водной поверхности; подводные измерительные станции, снабженные гидроакустическим каналом связи, размещают на нескольких горизонтах по глубине и на дне морской акватории; измерительные станции на дне морской акватории размещают вдоль береговой линии, на континентальных окраинах и на поверхности континентального шельфа в точках с явно выраженным рельефом поверхности (впадины, поднятия, подводные хребты, равнинные участки) в радиальном и аксиальном направлениях от установленных заранее базовых точек с известными геодезическими и географическими координатами; посредством измерительных дрейфующих и подводных измерительных станций выполняют ионизирующие, электромагнитное, акустическое и спин-протонное зондирования водной и земной среды, с последующим восстановлением и картированием рельефа среды, при этом излучение и прием сигналов выполняют по методике многократных перекрытий или одинаковых зондирований, выделяют флуктуации аномальных сигналов на фоновых уровнях естественной среды, выполняют сравнительный анализ стационарного и динамического процессов, выявляют аномальные области, строят прогноз развития ситуации путем построения параметрических моделей парных сравнений; при появлении в процессе регистрации сигналов новых аномальных точек корректируют прогноз на основе адаптивных методов оценок прогнозирования; на основании прогноза развития аномальных процессов в области исследований определяют степень рисков, влияющих на объекты хозяйственной деятельности, расположенные в области исследования, методом экспертных оценок, выраженных ранжировками, при этом выполняется проверка согласованности ранжировок посредством коэффициентов ранговой корреляции Кендалла и Спирмена, коэффициента ранговой конкордации Кендалла и Бэбингтона Смита и параметрической модели парных сравнений Терстоуна, Бредли-Терри-Льюса, и непараметрических моделей теории люсианов; посредством подводных измерительных станций регистрируют сигналы сейсмического происхождения, выполняют съемку геомагнитного и гравитационного полей, определяют прочностные характеристики грунта дна путем измерения коэффициентов сопротивления и трения; при акустическом зондировании морского дна регистрируют характеристики искажений формы отраженного сигнала, по которому судят о материале и размерах подводного объекта; спектральный анализ сейсмических волн выполняют как для объемных волн фаз РР и S, так и для поверхностных волн Лява, Релея и Стоунли; при картировании рельефа местности выполняют сопряжение топографических и навигационных растровых карт.

Совокупность новых отличительных признаков, а именно: в состав комплектов спускаемых капсул включают дрейфующие и подводные измерительные станции, перед размещением капсул с измерительной аппаратурой выполняют мониторинг исследуемой области по фондовой и/или архивной информации, с формированием базы данных на пункте приема, включающей информацию о рельефе дна, стационарных гидродинамических процессах, результаты дистанционных аэрокосмических зондирований, характеристики состояний природной среды и техногенных объектов хозяйственной деятельности, характеристики геофизических полей, с формированием электронных карт; дрейфующие измерительные станции, снабженные спутниковым каналом радиосвязи и гидроакустическим каналом связи, размещают на водной поверхности; подводные измерительные станции, снабженные гидроакустическим каналом связи, размещают на нескольких горизонтах по глубине и на дне морской акватории; измерительные станции на дне морской акватории размещают вдоль береговой линии, на континентальных окраинах и на поверхности континентального шельфа в точках с явно выраженным рельефом поверхности (впадины, поднятия, подводные хребты, равнинные участки) в радиальном и аксиальном направлениях от установленных заранее базовых точек с известными геодезическими и географическими координатами; посредством измерительных дрейфующих и подводных измерительных станций выполняют ионизирующие, электромагнитное, акустическое и спин-протонное зондирования водной и земной среды, с последующим восстановлением и картированием рельефа среды, при этом излучение и прием сигналов выполняют по методике многократных перекрытий или одинаковых зондирований, выделяют флуктуации аномальных сигналов на фоновых уровнях естественной среды, выполняют сравнительный анализ стационарного и динамического процессов, выявляют аномальные области, строят прогноз развития ситуации путем построения параметрических моделей парных сравнений; при появлении в процессе регистрации сигналов новых аномальных точек корректируют прогноз на основе адаптивных методов оценок прогнозирования; на основании прогноза развития аномальных процессов в области исследований определяют степень рисков, влияющих на объекты хозяйственной деятельности, расположенные в области исследования, методом экспертных оценок, выраженных ранжировками, при этом выполняется проверка согласованности ранжировок посредством коэффициентов ранговой корреляции Кендалла и Спирмена, коэффициента ранговой конкордации Кендалла и Бэбингтона Смита и параметрической модели парных сравнений Терстоуна, Бредли-Терри-Льюса, и непараметрических моделей теории люсианов; посредством подводных измерительных станций регистрируют сигналы сейсмического происхождения, выполняют съемку геомагнитного и гравитационного полей, определяют прочностные характеристики грунта дна путем измерения коэффициентов сопротивления и трения; при акустическом зондировании морского дна регистрируют характеристики искажений формы отраженного сигнала, по которому судят о материале и размерах подводного объекта; спектральный анализ сейсмических волн выполняют как для объемных волн фаз РР и S, так и для поверхностных волн Лява, Релея и Стоунли; при картировании рельефа местности выполняют сопряжение топографических и навигационных растровых карт, позволяет повысить достоверность исследований и расширить функциональные возможности способа за счет избыточности измерений и использования измерительной аппаратуры, основанной на разных принципах действия, а также за счет восстановления рельефа исследуемых природных средств, использования фондовой (архивной) информации о характеристиках исследуемой области с учетом характеристик субъектов хозяйственной деятельности (добычные платформы и морские терминалы и т.д.).

Способ реализуется следующим образом. Предварительно выполняют целевой мониторинг объекта исследований (точечного, группового, площадного или протяженного) и оперативной акватории, на которой возможно проявление нежелательных явлений природного или техногенного характера, оказывающих отрицательное воздействие на объект хозяйственной деятельности (акватория месторождения углеводородов, трассы морских трубопроводов и зоны их берегового примыкания, морские транспортные коммуникации, районы рыболовства, портовые акватории, морские платформы и терминалы в районах газоконденсатных месторождений), и определяют варианты по его защите. В результате целевого мониторинга объединяют в единое виртуальное пространство набор информационных блоков и локальных баз данных.

Предварительный целевой мониторинг объекта исследований включает:

- анализ гидрометеорологических и навигационно-гидрографических данных,

- сбор и анализ материала об объекте хозяйственной деятельности (ОХД) и районе его размещения,

- составление перечня мероприятий для обеспечения эксплуатационной безопасности ОХД,

- составление покомпонентных, моноэлементных и интегральных картосхем,

- выявление приоритетных зон мониторинга,

- установление сети мониторинга и контролируемых параметров. Информационные блоки и локальные базы данных содержат характеристики рельефа дна, гидрофизические и гидродинамические характеристики акватории, сведения о инженерно-геологических условиях района ОХД, характеристику навигационно-гидрографического обеспечения района, характеристику интенсивности судоходства и информацию об оценке особых природных явлений, влияющих на эффективность эксплуатации ОХД.

База данных ОХД и прилегающих акваторий включает следующие блоки: инженерно-технический, гидрометеорологический, гидрографический и навигационный.

Инженерно-технический блок содержит базу данных о расположении сооружений и систем обеспечения деятельности ОХД; перечень физических параметров ОХД, носящих излучающие свойства (акустическое, электромагнитное поле и др.); сведения о возможных аварийных ситуациях на ОХД, функционировании систем и средств обеспечения жизнедеятельности ОХД и персонала; сведения о способах прокладки трубопроводов, технические характеристики основного оборудования; сведения об опасных природно-техногенных процессах, развитие которых может повлечь за собой разрушение инженерных сооружений. Эти сведения содержатся в виде многослойных схем и карт ГИС-формата на пункте приема.

На схемах развития опасных (для инженерных сооружений) процессов и явлений выделяются опасные литодинамические, геокриологические, геодинамические, физико-химические и другие процессы и явления.

Гидрометеорологический блок включает фондовые (архивные) и оперативные материалы об изменениях уровня моря, экстремальных ветрах и волнениях, скорости и направлении течений, определяемые посредством дрейфующих станций, размещенных на морской акватории;

сведения о сроках появления и исчезновения различных генераций дрейфующего льда и припая, границах их распространения, морфологии, характеристиках сплоченности ледовых полей, динамике дрейфующего льда (в том числе айсбергов) и припая при нахождении ОХД в бассейне морей арктического региона. В данном блоке рассчитываются возможные варианты снижения эффективности ОХД под влиянием гидрометеорологических факторов, с выполнением численных экспериментов на моделях; определяются зоны стамухообразования, зоны навалов льда на берег; оценивается экзарация морского льда и абразия (термоабразия) берегов.

Инженерно-гидрологический блок содержит результаты промеров глубин, гидролокационной съемки, магнитометрии, подводных фотографирования и телеметрии, необходимые для выявления особенностей подводного рельефа; инженерно-гидрографические схемы участков с указанием размеров форм и углов наклона поверхностей; выделенные зоны возможного развития гравитационных процессов, виды ландшафтов в зоне воздействия проектируемых сооружений. Также в указанном блоке осуществляется прогноз возможного изменения ландшафтов, обусловленный перепланировкой поверхности морского дна и созданием новых форм микрорельефа.

Навигационный блок содержит сведения о действующих в районе расположения ОХД характеристиках радионавигационного поля, системах движения судов, рекомендованных путях движения судов на акватории и подходах к морским терминалам.

Ввиду того, что активные литодинамические процессы широко распространены практически на любых акваториях, доминируя в прибрежной зоне, на мелководьях и в зонах развития