Оценка воздействия сейсмики высокого разрешения (пневмоисточников) на водные биоресурсы.

Влияние источников звуковых волн существенно зависит от используемых при выполнении работ приборов и их технических параметров: амплитуды первой волны давления, длительности импульса и его частотных характеристик. Именно этим определяется значительный разброс, как в оценках безопасного радиуса воздействия, так и уровня воздействия на используемые водные организмы. Критическим давлением для планктонных организмов является быстрый рост давления на величину, превышающую 3 бара. Смертность планктонных организмов в этой зоне может достигать величины 80-100%.

Как показывают исследования, единичные пневмоисточники оказывают поражающее, вплоть до летального, воздействие на зоопланктон (кормовую базу рыб-планктофагов) и ихтиопланктон в радиусе от 2—3 до 5—7,5 м, максимум — до 10 м [Векилов и др., 1995, Исследование…, 2005, Немчинова и др., 2007, Саматов и др., 2000, Экологическое обоснование…, 2000, Экспертное заключение, 1998]. Предельный радиус воздействия, кроме силы внешнего воздействия, зависит от размеров организмов и строения их тела, определяемого таксономической принадлежностью и стадией развития водных организмов. Значение предельного радиуса воздействия на планктонные организмы в их совокупности, которое может быть принято в расчётах размера вреда водным биоресурсам, в среднем равно 5 м [Векилов и др., 1995, Саматов и др., 2000, Экологическое обоснование…, 2000].

Повреждающее воздействие упругих волн на водные организмы уменьшается в радиальном направлении при удалении от источника любого типа вследствие расширения фронта волны и рассеяния энергии упругих волн при прохождении через водную среду. Воздействие ПИ на различные группы организмов зоопланктона оценивается путём математической аппроксимации (по уравнению регрессии) экспериментальных данных о смертности гидробионтов на различных расстояниях от источника упругих волн [Оценка воздействия…, 2003; Семенов и др., 2004; Мойсейченко и др., 2006]. По кривой уравнения регрессии ориентировочно оцениваются и предельные радиусы воздействия (R _max) для различных групп зоопланктона. Данные натурных экспериментов по воздействию ПИ на зоопланктон, наиболее подходящие для аппроксимирования, получены в опытах СахНИРО, проведенных совместно с ОАО «Дальморнефтегеофизика» [Исследование…, 2005, Немчинова и др., 2007, Саматов и др., 2000, Экспертное заключение, 1998]. Зависимость доли гибнущих организмов (ДГО), т.е. смертности гидробионтов (m), от расстояния до пневмоисточника хорошо описывается экспоненциальной функцией вида:

m = m_o exp(–k r), (1)

где m_o — смертность вблизи пневмоисточника (при r = 0),

r — расстояние от пневмоисточника,

k — коэффициент экспоненциального ослабления воздействия ПИ при удалении от него.

Параметры m_o и k различны для разных групп гидробионтов, и зависят также от рабочего объёма пневмоисточника. В практике сейсморазведочных работ в батареях ПИ применяются пневмопушки разного объёма (обычно от 0,4 до 4,1 л). С увеличением объема пневмоисточника возрастает и его поражающее воздействие на планктонные организмы.

Тенденция к уменьшению m по мере удаления от пневмоисточника и уменьшения его объёма имеет физическую основу и потому одинакова для любых видов воздействия: единичного либо множественного. Это даёт основание применять зависимость (12), полученную по данным экспериментов с одиночными пневмоисточниками, и для случая множественного воздействия (воздействия группы пневмоисточников), учитывая, что смертность зоопланктона при воздействии батареи ПИ, наблюдается более высокая, чем при воздействии одиночного ПИ [Исследование…, 2005].

Оценка параметра m _o, задающего пропорциональный «масштаб» m для приведения к результату множественного воздействия батареи ПИ, выполнена по результатам эксперимента в реальных условиях сейсморазведки, с буксируемой батареей пневмоисточников разного объёма. В ходе эксперимента определена общая смертность массовых групп зоопланктона (включая икру и личинки рыб) в объёме воды между двумя буксируемыми линиями ПИ [Исследование…, 2005]. Параметр (m _o) определён для каждой группы путём решения обратной задачи при допущении, что m _o = 0 при v = 0 и экспоненциально возрастает при росте объёма, т.е.

m_o = 1 – e^{– sv}, (2)

где s — эмпирический коэффициент, постоянный для определённой группы зоопланктона,

v — объём пневмоисточника.

Таким образом, получен такой s, чтобы интеграл функции

m = (1 – e^{– sv})exp(–k r), (3)

совпал с результатом эксперимента. Полученные оценки s для разных групп зоопланктона представлены в таблице 3-7.

При определённых для всех основных групп зоопланктона эмпирических коэффициентах s, и k (таблица 3-7) доля гибнущих организмов (m) для каждой группы в любой точке пространства вокруг ПИ рассчитывается по данным об объёме (v) пневмоисточника и расстоянии до него (r)с помощью формулы (3).

 

Таблица 3-7. Эмпирические коэффициенты для расчёта ДГО зоо- и ихтиопланктона в зависимости от объема ПИ и расстояния до ПИ

Группы зоопланктона	k, м-1	s, л-1
Веслоногие ракообразные (Copepoda)	0,80	3,16
Ветвистоусые ракообразные (Cladocera)	0,80	0,04
Отряд Эвфаузиевые раки (Euphausiacea)	1,30	0,88
Отряд Десятиногие раки - Decapoda (личинки)	1,05	0,77
Щетинкочелюстные (Chaetognatha)	0,88	0,01
Моллюски - Mollusca (личинки)	0,70	0,15
Группа Кишечнополостные (Coelenterata)	0,53	3,22
Икра рыб	0,32	0,26
Личинки рыб	0,20	3,09

При выполнении сейсморазведочных работ часто применяются не одиночные пневмоисточники (ПИ), а батареи из сгруппированных (в данных вариантах в две линии) ПИ определённой длины, состоящих каждая из пневмоизлучателей различного объёма, установленных с непостоянным интервалом. В результате воздействия таких сложно распределённых пневмоисточников, кумулятивный коэффициент смертности (m), выраженный в долях единицы, имеет сложную пространственную изменчивость и для каждой точки пространства вычисляется как произведение воздействий, оказываемых каждым ПИ, с учётом их объёмов и расстояний до них.

В общем случае, если считать воздействие каждого ПИ независимым и учитывать кумулятивный эффект воздействия всех пневмопушек батареи, то для N пневмоисточников смертность (m) какого-либо таксона или группы гидробионтов в точке i с координатами (x_i, y_i, z_i) будет равна:

, (4)

где m _0n(v) — доля гибнущих организмов вблизи источника;

k _n(v) — коэффициент экспоненциального уменьшения m при удалении от источника n;

r _n — расстояние от источника n до точки (x _i, y _i, z _i);

x _n, y _n, z _n — пространственные координаты источника n.

Значения m _0(v)и k_n для камер разных объёмов рассчитываются с учетом их зависимостей от объёма пневмоисточника v, описанных выше.

Для оценки в i -той точке абсолютной убыли (М _i ) какой-либо систематической группы (таксона) водных организмов надо величину смертности этой группы (m _i) умножить на концентрацию (C) илибиомассу (В) организмов данной группы: M _i = C · m _i или M _i = B · m _i .*) Чтобы оценить убыль этой группы при генерировании батареей пневмопушек единичного импульса, следует выбрать некоторый объём (), заведомо больший, чем объём, заключенный внутри предельного радиуса воздействия, и проинтегрировать функцию М _i по этому объёму:

, (5)

Если считать концентрацию определённой группы зоопланктона в объёме (V) постоянной, то

, (17)

и расчёт сводится к численному интегрированию по схеме:

, где (6)

В принципе шаг Δ V_i может быть задан сколь угодно малым. Практически достаточная точность обеспечивается при суммировании значений m _i по ячейкам объёмом Δ V_i = 1 м³. Объём V, разбиваемый на элементарные ячейки Δ V _i, для простоты интегрирования определяется как параллелепипед с размерами, превышающими (L +2 R _max) ∙ (D +2 R _max) ∙ (2 R _max), где L — максимальная длина линии ПИ в батарее, D — расстояние между крайними линиями ПИ батареи, R _max — предельный радиус воздействия. Если линии ПИ в батарее разнесены друг от друга на большое расстояние, превышающее 2 R _max, как в данном случае, имеет смысл упростить вычисления и провести интегрирование раздельно для каждой линии j, соответственно, по объёму V_j > (L +2 R _max) ∙ (2 R _max) ∙ (2 R _max), а затем сложить результаты. На мелководных участках профилей, где глубина моря (D) меньше суммы рабочей глубины (или высоты подвески z) пневмоисточников и предельного радиуса воздействия (D < z+R_max), высота параллелепипеда интегрирования ограничивается средней глубиной соответствующего участка профиля.

Для оценки общей убыли зоопланктона при одном импульсе группы пневмоисточников М_{V общ.} , следует суммировать величины убыли M_V всех таксономических групп:

, (7)

Далее, размер вреда водным биоресурсам от гибели кормовых организмов зоопланктона определяется по формуле (20), где n – количество импульсов пневмоисточников на всем маршруте:

N _ЗП = M_Vобщ. ∙ n ∙ P/B ∙ K _E ∙ (K ₃ / 100) ∙ 10^–6, (8)

Размер вреда водным биоресурсам от гибели ихтиопланктона (пелагической икры и личинок рыб) рассчитываются по формуле:

N _ИП = M_Vобщ. ∙ n · (K ₁/100) · p · 10^–6, (9)

При этом оценивается убыль не биомассы, а численности (n_пи) икры и личинок рыб.

При проведении работ суммарная длина профилей, а соответственно и количество пунктов возбуждения, обычно увеличивается примерно на 20 % за счет тестирования и повтороной отработки забракованных участков, поэтому в расчетах количество ПВ увеличено по сравнению с исходными техническими данными.

Расчет общей убыли кормового зоопланктона и ихтиопланктона (М_Vобщ) выполняется в автоматизированном режиме – с использованием компьютерной программы MathCAD.

Входными параметрами для расчета являются коэффициенты k и s для каждой составляющей группы планктона, и биомасса (численность) этой группы; параметры конфигурации батареи и характеристики профилей съемки. Расчеты представлены в Приложении.

Продолжительность воздействия на окружающую среду не носит длительного характера. Однако, как показывает опыт предыдущих работ, значительные затраты времени связываются с погодными условиями. Большая часть времени при работе обычно уходит на ожидание благоприятных погодных условий

*) Убыль биомассы рассчитывается для кормового зоопланктона, убыль концентрации (в долях единицы от общей численности икры, личинок рыб) — для ихтиопланктона.