Tolkning av sedimentprøver fra Forsvarets øvingsfelt i nordlige Nordsjøen innsamlet 2004-2008

Abstract

I forbindelse med oppmåling av havbunnen i Forsvarets øvingsfelt i den nordlige Nordsjøen har Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) tatt 40 kjerneprøver og 37 grabbprøver i årene 2004 – 2008 for undersøkelser av havbunnens beskaffenhet [1]. Øvingsfeltet ligger mellom innløpet til Bømlafjorden (59°30’N) og innløpet til Sognefjorden (61°00’N), og strekker seg fra kysten ut mot Nordsjøplatået (2°30’E). FFI startet opp med havbunnskartleggingen av øvingsfeltet i 2003 og vil etter planen bli ferdig i løpet av 2009. Den sørlige delen av Nordsjøplatået gjenstår per i dag. Kjerneprøvene og fem av grabbprøvene vi har tatt er på oppdrag fra FFI analysert ved Universitetet i Bergen (kornfordeling, lydhastighet, tetthet, magnetisk susceptibilitet og skjærstyrke), mens de resterende 32 grabbprøvene er analysert rudimentært av FFI. Informasjon om havbunnen er svært viktig i militære operasjoner tilsjøs. Utbredelsen av lyd fra skip, eksplosive ladninger og sonarer er avhengig av både topografi og havbunnens geoakustiske egenskaper ved lave frekvenser eller i grunne farvann. Havbunnen består ofte av flere lag og geoakustiske egenskaper som blant annet lydhastighet, tetthet og lagtykkelse har betydning for lydutbredelsen. Ved prediksjoner av rekkevidden til sonarer i for eksempel det akustiske modelleringsverktøyet LYBIN, vil det tilsvarende være en stor fordel å kjenne omgivelsene best mulig. På bakgrunn av kunnskaper om havbunnens geoakustiske egenskaper kan geografiske kart over områder med lave og høye lydutbredelsestap lages, og disse kan brukes taktisk i militære operasjoner. For bunning av ubåter eller minelegging er det viktig å vite bunntypen i aktuelle områder (leir, silt, sand, grus, steinbunn osv). Elektroniske kart over både bunntype, geoakustiske parametre og lydutbredelsestap kan legges inn i Forsvarets geografiske informasjonssystem MARIA. I denne rapporten tolkes de eksperimentelle analysene av bunnprøvene. Andelen av leir, silt, sand og grus vises geografisk. I Norskerenna er det hovedsakelig silt. De største sandmengdene finnes på Nordsjøplatået i nordvest (66 – 98 %). Langsmed kysten er det også mye sand. Den største mengden leir er funnet i Korsfjorden, og langsmed nordre del av kysten. Det er minimalt med leir og silt på Nordsjøplatået. Bunnprøver tatt i Norskerenna rett nedenfor Nordsjøplatået klassifiseres som sandholdig silt. I sørøst og nordvest er det relativt sett høyere andel grus enn ellers. Bunnprøvene grupperes i fire klasser på bakgrunn av kornstørrelse og/eller kvalitativ beskrivelse og gir et bilde av havbunnens beskaffenhet i øvingsfeltet som stemmer med topografien. Lydhastighetsmålingene er varierende, men jevnt over er hastigheten lav for sedimentene vi har målt (1450 – 1600 m/s ved midling over de øverste 50 cm). Tettheten ligger mellom 1.3 – 2.2 g/cm3, og ser ut til å øke med økende kornstørrelse i overflaten. Magnetisk susceptibilitet er opp mot 300⋅10-5 SI, med hovedvekten av prøvene lavere enn 40⋅10-5 SI. Skjærstyrken ligger i området 0 – 30 kPa, med hovedvekten av prøvene lavere enn 20 kPa. Rapporten foreslår områder der ytterligere bunnprøver er nødvendig. Det anbefales også å vurdere om andre metoder er bedre egnet for måling av lydhastighet og tetthet.

In connection with surveying the Navy’s exercise area in northern North Sea, Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) have during the years 2004 – 2008 taken 40 gravity cores and 37 grab samples to provide sediment samples to characterize and classify the sea bed [1]. The exercise area lies between the inlet of Bømlafjorden (59°30’N) and the inlet of Sognefjorden (61°00’N), and is stretching from the coast to the North Sea Plateau (2°30’E). FFI began the surveillance of the area in 2003 and the plan is to finish in 2009. The southern part of North Sea Plateau remains when this report is written. The 40 core samples and five of the grab samples obtained are analysed by the University of Bergen, while the remaining 32 grab samples are analyzed by FFI. Information about the seafloor is of importance in military operations at sea. The propagation of sound from for instance ships, explosive charges and sonars is dependent on both topography and the geoacoustic properties of the seabed at low frequencies or in shallow waters. The seabed consists often of several layers, and geoacoustic parameters such as sound velocity, density and layer thickness influences the sound propagation. In predictions of sonar performance with for instance the acoustic modelling tool LYBIN, information about the environment is correspondingly a benefit. Based on knowledge about the geoacostical properties of the seabed, maps with areas of low and high transmission losses are made for tactical use in military operations. When laying a submarine on the seabed, it is essential to know the bottom type (clay, silt, sand, gravel, rock etc). Electronic charts of bottom types, geoacoustic parameters and transmission losses are possible to add to the Navy’s geographical information system MARIA. In this report the results from the analyses of the bottom samples are interpreted. The amount of clay, silt, sand and gravel is shown geographically. In the Norwegian trench it is mainly silt. The largest amounts of sand are found on the North Sea Plateau in northwest (66 – 98 %). Close to the coast it is also considerable amounts of sand. The largest amount of clay is found in Korsfjorden, and along the northern coast. Neither silt nor clay is found at the North Sea Plateau. Bottom samples obtained in the Norwegian trench beneath the North Sea Plateau are classified as sandy silt. In southeast and northwest it is relatively high amounts of gravel than elsewhere. The bottom samples are grouped into four classes based on grain size distribution and/or qualitative description of the samples and give a picture of the bottom conditions in coherence with the topography. The sound velocity measurements are varying, but overall low (1450 – 1600 m/s when averaging the upper 50 cm). The density is between 1.3 – 2.2 g/cm3, and seems to be increasing with increasing grain size at the seabed. The sound velocity and density are not possible to measure at the top of the cores due to the small core diameter and bad packing of the sediments. Magnetic susceptibility is up to about 300⋅10-5 SI. The majority of the cores have however susceptibility less than 40⋅10-5 SI. The shear strength is between 0 – 30 kPa, and the majority of the cores have less than 20 kPa. The report suggests areas for further sampling. It is recommended to evaluate if other methods are more suitable for sound velocity and density measurements.