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 = mo exp(–k r), (1)
где mo — смертность вблизи пневмоисточника (при r = 0),
r — расстояние от пневмоисточника,
k — коэффициент экспоненциального ослабления воздействия ПИ при удалении от него.
Параметры mo 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.
mo = 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 (xi, yi, zi) 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 kn 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 Vi может быть задан сколь угодно малым. Практически достаточная точность обеспечивается при суммировании значений m i по ячейкам объёмом Δ Vi = 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 Vj > (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+Rmax), высота параллелепипеда интегрирования ограничивается средней глубиной соответствующего участка профиля.
Для оценки общей убыли зоопланктона при одном импульсе группы пневмоисточников МV общ. , следует суммировать величины убыли MV 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 = MVобщ. ∙ 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 = MVобщ. ∙ n · (K 1/100) · p · 10–6, (9)
При этом оценивается убыль не биомассы, а численности (nпи) 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 (МVобщ) 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.
