ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2016, том 17, № 1, с.5-28.

Аннотация  Литература  Полный текст

УДК 550.34

© 2016 г. В.В. Адушкин(1,2), И.О. Китов(1), И.А. Санина(1,2)

(1) Институт динамики геосфер РАН, г. Москва, Россия

(2 )Московский физико-технический институт (Государственный университет), г. Долгопрудный, Московская обл.,  Россия

Использование метода кросскорреляции волновых форм (КВФ) позволяет снизить амплитудный порог обнаружения повторяющихся сейсмических событий в 5–10 раз, повысить более чем на порядок величины точность оценки их относительного местоположения и магнитуды, а также надежно идентифицировать природу источника. В представляемом исследовании продемонстрировано, что состоящая из трехкомпонентных датчиков временная сейсмическая группа (далее 3-С группа) находит больше “правильных” сигналов с более высоким средним значением отношения сигнал/шум по сравнению с подгруппой из вертикальных каналов тех же датчиков.

Для анализа использованы записи повторяющихся взрывов в семи карьерах, удалённых от центральной станции на расстояние от 60 до 350 км. Для каждого карьера были отобраны лучшие шаблонные волновые формы, обеспечивающие обнаружение максимального количества “правильных” сигналов с наиболее высоким отношением сигнал/шум. Было проведено прямое сравнение эффективности обнаружения и идентификации сигналов от взрывов с помощью полной 3-С группы и подгруппы вертикальных датчиков. Результаты сравнения свидетельствуют, что 3-С группы имеют значительные преимущества перед станциями любых других типов при обнаружении и идентификации сейсмических событий на региональных расстояниях. Эти преимущества обусловлены ростом общей энергии шаблонного и искомого сигналов, а также усилением специфичности шаблонной волновой формы за счет увеличения в три раза её общей длительности. Рост отношения сигнал/шум приводит к увеличению числа обнаруженных сейсмических сигналов, а усиление специфичности волновой формы снижает поток ложных ассоциаций.

Ключевые слова: кросскорреляция волновых форм, сейсмическая группа, трехкомпонентные станции, обнаружение сигнала, карьерные взрывы.

Литература

Адушкин В.В., Кочарян Г.Г., Санина И.А. О вкладе взрывных работ в развитие сейсмодеформационных процессов в регионе // Докл. РАН. 2011. Т. 441, № 1. С.92–94.

Адушкин В.В., Санина И.А., Владимирова И.С., Габсатаров Ю.В., Горбунова Э.М. Иванченко Г.Н. Современные геодинамически активные зоны центральной части Восточно-Евро­пейской платформы // Докл. РАН. 2013. Т. 452, № 5. C.1–4.

Бугаев Е.Г., Кишкина С.Б., Санина И.А. Особенности сейсмологического мониторинга районов размещения объектов атомной энергетики на Восточно-Европейской платформе // Ядерная и радиационная безопасность. 2012. № 3. С.1–9.

Землетрясения России в 2013 году. Обнинск: ГС РАН, 2015. 224 с.

Китов И.О., Санина И.А., Непеина К.С., Константиновская Н.Л. Использование метода согласованного фильтра на малоапертурной сейсмической антенне “Михнево” // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50, № 3. С.5–18.

Китов И.О., Волосов С.Г., Кишкина С.Б., Константиновская Н.Л., Непеина К.С., Нестеркина М.А., Санина И.А. Обнаружение региональных фаз объемных сейсмических волн с помощью группы трехкомпонентных датчиков // Сейсмические приборы. 2015. Т. 51, № 1. С.27–45.

Кишкина С.Б., Бугаев Е.Г. Контроль сейсмобезопасности объектов атомной энергетики // Вестник НЯЦ РК. 2014. Вып. 2(58). С.153–163.

Bobrov D., Kitov I., Zerbo L. Perspectives of Cross-Correlation in Seismic Monitoring at the International Data Centre // Pure and Applied Geophys. 2014. V. 171, N 3-5. P.439–468. doi: 10.1007/ s00024-012-0626x

Braun T., Schweitzer J., Azzara R., Piccinini D., Cocco M., Boschi E. Results from the temporary installation of a small aperture seismic array in the Central Apennines and its merits for local event detection and location capabilities // Ann. Geophys. 2004. V. 47, N 5. P.1557–1568.

Coyne J., Bobrov D., Bormann P., Duran E., Grenard P., Haralabus G., Kitov I., Starovoit Yu. Chapter 15: CTBTO: Goals, Networks, Data Analysis and Data Availability // (ed. P. Bormann) New Manual of Seismological Practice Observatory. 2012. doi: 10.2312/GFZ.NMSOP-2_ch15

Freiberger W.F. An approximation method in signal detection // Quart. J. App. Math. 1963. V. 20. P.373–378.

Geller R.J., Mueller C.S. Four similar earthquakes in central California // Geophys. Res. Lett. 1980. V. 7. P.821–824.

Gibbons S., Ringdal F. A waveform correlation procedure for detecting decoupled chemical explosions // NORSAR Scientific Report: Semiannual Technical Summary 2004. N 2. 2004. NORSAR, Kjeller, Norway. P.41–50.

Gibbons S.J., Ringdal F. The detection of low magnitude seismic events using array-based waveform correlation // Geophys. J. Int. 2006. V. 165. P.149–166.

Gibbons S., Kværna T., Ringdal F. Monitoring of seismic events from a specific source region using a single regional array: a case study // J. Seismol. 2005. V. 9. P.277–294.

Gibbons S.J., Schweitzer J., Ringdal F., Kværna T., Mykkeltveit S., Paulsen B. Improvements to Seismic Monitoring of the European Arctic Using Three-Component Array Processing at SPITS // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2011. V. 101, N 6. P.2737–2754.

Israelsson H. Correlation of waveforms from closely spaced regional events // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1990. V. 80. P.2177–2193.

Harris D., Dodge D. An autonomous system of grouping events in a developing aftershock sequence // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2011. V. 101. P.763–774.

Joswig M. Pattern recognition for earthquake detection // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1990. V. 80. P.170–186.

Joswig M., Schulte-Theis H. Master-event correlations of weak local earthquakes by dynamic waveform matching // Geophys. J. Int. 1993. V. 113. P.562–574.

Kedrov O.K., Permyakova V.E. A new approach for three-component seismic array processing // Annali di Geofozica. 1994. V. XXXVII, N 3. P.255–266.

Kennett B. L.N. Stacking three-component seismograms // Geophys. J. Int. 2000. V. 141. P.263–269.

Richards P., Waldhauser F., Schaff D., Kim W.-Y. The Applicability of Modern Methods of Earthquake Location // Pure and Applied Geophysics. 2006. V. 163. P.351–372.

Schaff D.P. Semiempirical statistics of correlation-detector performance // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2008. V. 98. P.1495–1507.

Schaff D., Richards P.G. Repeating seismic events in China // Science. 2004. V. 303. P.1176–1178.

Schaff D., Richards P.G. On finding and using repeating events in and near China // J. Geophys. Res. 2011. V. 116: B03309. doi: 10:1029/2010/B007895.

Schaff D., Richards P. Improvements in magnitude precision, using the statistics of relative amplitudes measured by cross correlation // Geophys. J. Int. 2014. V. 197. P.335–350. doi: 10.1093/ gji/ggt433.

Schaff D., Waldhauser F. Waveform cross correlation based differential travel-time measurements at the northern California Seismic Network // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95. P.2446–2461.

Schaff D., Waldhauser F. One magnitude unit reduction in detection threshold by cross correlation applied to Parkfield (California) and China seismicity // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2010. V. 100. P.3224–3238.

Schaff D.P., Bokelmann G.H.R., Ellsworth W.L., Zanzerkia E., Waldhauser F., Beroza G.C. Optimizing correlation techniques for improved earthquake location // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2004. V. 94. P.705–721.

Schweitzer J., Fyen J., Mykkeltveit S., Gibbons S., Pirli M., Kühn D., Kvaerna T. Seismic Arrays // New Manual of Seismological Practice Observatory / Ed. P. Bormann. 2012. Ch. 9. doi: 10.2312/ GFZ.NMSOP-2_ch9.

Slinkard M.,  Carr D., Young C. Applying waveform correlation to three aftershock sequences // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2013. V. 103. P.675–693.

Van Trees H.L. Detection, Estimation and Modulation Theory. N.-Y.: John Wiley and Sons, 1968. 768 p.

Wagner G.S., Owens T.J. Broadband eigen-analysis for three-component seismic array // IEEE Trans. Signal Processing. 1995. V. 43. P.1738–1741.

Waldhauser F., Schaff D. Large-scale cross-correlation based relocation of two decades of Northern California seismicity // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B08311. doi: 10.1029/ 2007JB005479.

Zhang M., Wen L. Seismological Evidence for a Low-Yield Nuclear Test on 12 May 2010 in North Korea // Seismological Research Letters. 2015. V. 86, N 1. January/February 2015. doi: 10.1785/ 02201401170.

Yao H., Shearer P., Gerstoft P. Subevent location and rupture imaging using iterative back-projection for the 2011 Tohoku Mw 9.0 earthquake // Geophys. J. Int. 2012. V. 190, N 2. P.1152–1168. doi: 10.1111/j.1365-246X.2012.05541.x.