Modellering av lyd fra seismikk i forhold til havbunnstopografi

Transkript

1 Fisk & Seismikk 211 Modellering av lyd fra seismikk i forhold til havbunnstopografi og sesong variasjoner Jens M. Hovem og Tron Vedul Tronstad SINTEF IKT /Akustikk Trondheim 1

2 Akustisk biologisk modell for utbredelse seismikk skytestøy og virkningen på fisk (SINTEF og BIO UiO på oppdrag av OD) 1. Problemetmedavstandsbestemmelse med seismikk fisk 2. Modellen for beregning av støyutbredelse fra seismikkskyting 3. Resultater fra av Nordland VII i 9 4. Eksempel på ekstrapolering til andre forhold 5. Konklusjon ogvidere arbeid 2

3 Problemet Lydnivå Høregrense terskel Fluktreaksjons terskel Adferdsendringer Terskelverdier for adferd 1 1 Sylindrisk spredning 1log(r) Sfærisk spredning 2 log(r) Avstand fra kilde 3

4 Seismisk lydutbredelse (1) Mesteparten av lydenergien er rettet mot bunnen og undergrunnen, men all lydenergi som treffer bunnen med en vinkel mindre en den kritiske vinkelen (ca 2 grader) blir i vannet. (2) Havbunnes sammensetning (hard eller bløt bunn) og dybdeforholdene spiller vesentlig rolle. (3) Lydutbredelsen er avhengig av hastigheten til lyden i vannet, temperaturen, og variere derfor med vær og sesong 4

5 Den akustiske modellen PlaneRay nge - km Ra Formålet er å beregne forløpet til lydsignalet som fisken hører Test case : Sd= m, Rd=5 m Direct Bottom Surface Refracted Surface-Bottom 5.5 c red =148 m/s Reduced time - s D epth (m ) D epth (m ) Test case Sound speed (m/s) Test case Sound speed (m/s) Sd= m, Rd=5 m, Angles= -3 : Range (km) Sd= m, Rd=5 m, Angles= -29 : Range (km) 5

6 NORDLAND IIV 6

7 Data fra Nordland IIV sommer 9 Seismikk Akustikk registrering på hydrofoner Fangstdata Rapporter: 1. Hovem, Jens M. Mathematical modeling of seismic noise-model description and documentation ti SINTEF report A1456, January , 2 2 ISBN Tronstad, Tron Vedul and Jens M. Hovem, Model Evaluation of Vesterålen and the Halten Bank SINTEF Report A17775, , ISBN Løkkeborg, S., et al., Effects of seismic surveys on fish distribution and catch rates of gillnets and longlines in Vesterålen in summer 9. Fisken og Havet, no 2, 21, The Institute of Marine Research.(In Norwegian with a summary in English) 7

8 PlaneRay modeling of Nordland VII Summer 9 Figure 12: Ray traces for the scenario of line 1344 o at Nordland VII, Summer9. Airguns towed at 6 m depth, the red star indicates the location of hydrophone 83 m. 8

9 NORLAND VII July 9 Measured line 1344 Sound pressure level (left) and peak pressure level (right) from shooting line 1344 at bottom receiver 2. Left: Figure showing the measured values (blue stars), -1log(r) (green line), and -15log(r) (red line). Right: Figure showing the measured values (blue stars), and -2log(r) (green line). The signal is clipped at 191 db, hence the distances below 1 km should be considered d invalid. 9

10 Nordland VII July 9 Figure 15: Sound exposure level (left) and peak pressure level (right) calculated from the output of PlaneRay. The source is adjusted with 255 db re µpa according to the airgun specification. Input parameters: Compressional wave speed: 2 m/s, bottom density: 2 5 kg/m3, compressional wave attenuation:.1 db/λ, shear wave speed: 6 m/s, shear wave attenuation: 1 db/ λ. 1

11 ] ] Resultater Nordland VII 9 Lydnivå som funksjon av avstanden fra seismikken Målinger og beregninger Shooting Line Bottom receiver 2 SEL -1log(r) Målinger 21 Shooting Line Bottom receiver 2 PPL -2log(r) SE EL [db re 1 Pa 2 s] PPL [db re 1 Pa] Distance [km] Distance [km] 18 Modelling Line 1344: Sd=83 m, Rd=6 m Beregninger 22 Modelling Line 1344: Sd=83 m, Rd=6 m PPL -2log(r) SEL [db re 1 Pa] PPL [db re 1 Pa] Distance [km] Distance [km] 11

12 Akustisk biologisk modell requency [Hz] F Triggered startle response - Cod Shooting line 1344 Critical Range > 3km Range [km] db above threshold Frequency [Hz] Triggered startle response - Cod Modelling Line 1344 Sd = 83 m, Rd = 6 m Critical Range = 5.1 km Range [km] Viktig: Figurene viser beregninger av minste avstand basert på fluktreaksjoner for torsk i henhold til terskel verdier fra Hans Erik Karlsen BIO UIO. I følge litteraturen er det dokumentert at fisk kan endre adferd ved langt lavere lydnivåer db above threshold 12

13 Seismikk i Nordsjøen sommer/vinter Depth (m) Summer profile 5 25 Sd=1 m, Rd=15 m, Angles= -15 : Sound speed (m/s) Range (km) Winter profile Sd=1 m, Rd=15 m, Angles= -15 : Dep pth (m) Sound speed (m/s) Range (km) 13

14 North Sea Summer Summer profile Sd=1 m, Rd=15 m, Angles= -3 : Depth (m) Sound speed (m/s) Range (km) Summer profile: Sd=1 m, Rd=15 m Summer profile: Sd=1 m, Rd=15 m 22 SEL PPL -2log(r) -2log(r) [db re 1 Pa] SEL [db re 1 Pa] PPL Distance [km] Distance [km] 14

15 North Sea Winter Winter profile Sd=1 m, Rd=15 m, Angles= -3 : Depth (m) Sound speed (m/s) Range (km) Winter profile: Sd=1 m, Rd=15 m SEL -2log(r) 22 Winter profile: Sd=1 m, Rd=15 m PPL -2log(r) [db re 1 Pa] SEL [db re 1 Pa] PPL Distance [km] Distance [km] 15

16 Konklusjon og videre arbeide av den akustiske modellen Den akustiske modellen virker for de frekvenser og avstander som er aktuelle for utbredelse av seismiske lydpulser i vannlaget Modellen tar med virkningen av bunntopografi og oseanografiske forhold Det er vist at de enkle modellen basert på sfærisk eller sylindrisk spredning generelt ikke er gyldige og ikke kan brukes for bergning av minsteavstand. Vi kan allerede nå estimere lydutbredelsen på områder som er aktuelle for seismikk og komme med råd med hensyn på hvordan og når En artikkel med forfattere fra SINTEF IKT, BIO UIO og HI vil bli publisert i et internasjonalt tidskrift. Modellen bør forbedres på enkelte funksjoner og det bør lages et bedre og enklere grensesnitt Ønskelig k med flere feltmålinger for å verifisere modellen, dette kan gjøres lang enklere enn Nordland VII målingene 16