Seabed classification of the Navy´s exercise area in the northern North Sea

Abstract

The propagation of sound from ships, explosive charges and sonars is dependent on both topography and the geoacoustic properties of the seabed at low frequencies or in shallow waters. Information about the seabed is therefore of importance in military operations at sea. The Norwegian Defence Research Establishment (FFI) has for decades been doing hydrographical surveillance in prioritized areas. In connection with this work, FFI has also acquired acoustic single beam echosounder data and sediment samples from the seabed. In this report we have studied single beam data in order to characterize and classify the seabed using commercial software. The area of interest is the Navy’s exercise area in the northern North Sea dedicated for testing and evaluation of the new, Norwegian frigates. We have taken a 40 gravity cores and 37 grab samples to provide physical sediment samples from the seabed, which assists the interpretation of the acoustic data [1;2]. Seismic investigations have also been carried out [3]. To conclude, the seabed classification results are supported by the ground truths and seismic profiles of the upper layer of the seabed. Our study indicates that five sediment classes are enough to represent the seabed in the Navy’s exercise area in northern North Sea. The dominant sediment types of the five classes found are 1) mainly silt with some clay 2) a mixture of clay, silt and sand 3) mainly sand, with a mixture of clay, silt and gravel 4) sand with varying amounts of gravel 5) mainly clay, with some silt and varying amounts of sand A preliminary electronic bottom type map with the seabed classification results has been delivered the Navy. Additional data acquired in 2008 and processing of data from 2005 requires the bottom type map to be updated in agreement with the results presented in this report. The report suggests further work regarding bottom sampling, video observations of the seabed, production of electronic maps of sediment velocity and density, and testing of other seabed classification tools.

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. Informasjon om havbunnen er derfor viktig i militære operasjoner til sjøs. Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) har gjennom tiår foretatt hydrografisk kartlegging i prioriterte områder. I forbindelse med dette arbeidet har FFI også logget akustiske data fra enkeltstråleekkolodd og tatt sedimentprøver av havbunnen. I denne rapporten har FFI studert enkeltstråledata for å karakterisere og klassifisere havbunnen ved hjelp av et kommersielt dataverktøy. Området av interesse er Forsvarets øvingsfelt i den nordlige delen av Nordsjøen, som er dedikert testing og evaluering av Norges nye fregatter. Omfattende kartlegging av havbunnen er gjennomført og FFI har tatt et stort antall kjerneprøver og grabbprøver for å skaffe fysiske sedimentprøver av havbunnen til hjelp i tolkningen av de akustiske dataene [1;2]. Seismiske undersøkelser er også foretatt [3]. Konklusjonen er at resultatene fra havbunnsklassifiseringen støttes av sedimentprøver fra havbunnen og seismiske profiler av det øverste laget. Vår studie indikerer at fem sedimentklasser er nok for å representere havbunnen i Forsvarets øvingsfelt i den nordlige delen av Nordsjøen. De fem dominerende sedimenttypene er: 1) Hovedsakelig silt med noe leir 2) En blanding av leir, silt og sand 3) Hovedsakelig sand, iblandet leir, silt og grus 4) Sand med varierende mengde grus 5) Hovedsakelig leir, med noe silt og varierende mengde sand Et foreløpig elektronisk bunntypekart som viser klassifikasjonen av havbunnen i øvingsfeltet er levert Marinen. Ytterligere kartlegging av området i 2008 og prosessering av data fra 2005 krever at bunntypekartet oppdateres i samsvar med resultatene presentert i denne rapporten. Rapporten foreslår videre arbeider innenfor bunnprøvetaking, videoobservasjoner av havbunnen, produksjon av elektroniske kart som viser sedimenthastighet og tetthet, og testing av andre verktøy for havbunnsklassifisering.