CC BY
51
Обработка цифровых сейсмологических записей взрывов и землетрясений с целью создания каталога очаговых параметров и мониторинга сейсмогенной среды
В.И. Щеглов, Б.И. Прилоус
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Новосибирск, 630090, Россия
Обработаны цифровые сейсмологические записи взрывов и землетрясений по данным Алтае-Саянского филиала Геофизической службы СО РАН и цифровой сейсмологической сети KNET Кыргызстана (Научная станция Объединенного института высоких температур РАН, г. Бишкек). Показано, что параметр р, являющийся интегральным очаговым параметром и характеризующий диссипативные свойства очаговой среды, растет с увеличением энергетического класса землетрясений и не зависит от расстояния от эпицентра до станции. Приведены экспериментальные результаты различия в значениях параметра р для взрывов и землетрясений одинаковой энергии: для взрывов параметрр меньше, чем для землетрясений. Это объясняется тем, что при выделении одинаковой сейсмической энергии диссипативные потери при взрыве больше, чем при землетрясении, за счет разрушения и разогрева, тогда как при землетрясении потери связаны только с динамическим трением. Создан пакет программ интерактивной обработки исходных сейсмограмм, представленных в форматах Geotech (Алтае-Саянский филиал Геофизической службы СО РАН ) и mini-Seed (KNET), для определения очаговых параметров. Это позволяет получать дополнительную информацию о сейсмическом процессе в виде каталога очаговых параметров землетрясений.
Processing of digital seismic records of blasts and earthquakes for compiling a catalog of focal parameters and seismogenic rock monitoring
V.I. Scheglov and B.I. Prilous
Institute of Oil and Gas Geology and Geophysics SB RAS, Novosibirsk, 630090, Russia
Digital seismic records of blasts and earthquakes by the data of the Altai-Sayan Branch of the Geophysical Service of SB RAS (ASB GS SB RAS) and digital seismic network KNET of Kyrgyzstan (Scientific Station of the Joint Institute of High Temperatures RAS, Bishkek) are processed. It is shown that parameter p, which is an integral focal parameter and characterizes dissipative properties of the focal medium, increases with the growing energy class of earthquakes and is independent of the distance from the epicenter to station. We experimentally find the difference ofp values for blasts and earthquakes of identical energy: for blasts the parameterp is higher than for earthquakes. This is due to the fact that at the release of equal seismic energy the dissipative loss at blasting is higher at the cost of fracture and heating than during earthquake; in the latter case, the loss is related solely with dynamic friction. A software package for interactive processing of initial seismograms in the Geotech (ASB GS SB RAS) and mini-Seed (KNET) formats is developed to determine focal parameters. This allows gaining additional information about the seismic process as a catalog of focal parameters of earthquakes.
Для более глубокого понимания сейсмического процесса необходима дополнительная информация, не содержащаяся в каталожных данных. Эта информация может быть получена при определении таких очаговых параметров землетрясений, как скачок напряжений, величина подвижки по площадке разрыва, размеры очага.
Рассмотрена энергетическая модель очага в виде кругового цилиндра с диаметром основания W и длиной L, содержащего в себе площадку разрыва шириной W и длиной L. Полагаем, что источником излучения является сдвиговый механизм подвижки в очаге. Энергия, выделенная при землетрясении, обусловлена изменением ко-
© Щеглов В.И., Прилоус Б.И., 2007
личества движения (импульса) в очаге. На основании того, что импульс объема и площадки разрыва, содержащейся в этом объеме, для одного и того же землетрясения равны по определению, получены формулы для вычисления количественных параметров очага сейсмического излучения [1].
Появилась возможность определения таких количественных параметров очага, как скачок напряжений Да, величина подвижки D, длина L и ширина W очага. Все эти величины определяются через интегральный очаговый параметр р:
Р = 2
4 V
п СЬ]1М 0
где
W = , V = - IV2,
I укр 4
Да = ^кр2, Де = кр2, D = Wkp2,
к = —
С
VS
, /0 “ 2 ^р •
Здесь Е — сейсмическая энергия; М 0 — сейсмический момент; /0 — угловая частота спектра излучения; Сь — скорость распространения фронта дислокации в очаге; VS — скорость поперечных волн; Де — скачок упругих деформаций; V — объем очага.
С физической точки зрения параметр р является безразмерным интегральным параметром сейсмогенной среды, характеризующим отклик очаговой среды на воздействие (скорость деформирования). Ввиду неединственности решения обратной задачи очага невозможно определять истинные значения параметра р и других динамических параметров. В этом и нет необходимости, поскольку новую полезную информацию можно получить только при исследовании пространственно-временных вариаций параметра р и других очаговых характеристик. Это позволит более конструктивно решать проблемы прогноза сейсмической активности и мониторинга сейсмогенной среды.
Создан пакет программ для вычисления параметра р и динамических параметров очагов взрывов и землетрясений. Показано, что параметр р, характеризующий отклик среды на различные условия деформирования, зависит от глубины очага и скорости деформирования сейсмогенной среды. При увеличении скорости деформирования параметр р уменьшается, растут потери на диссипацию. При уменьшении скорости деформирования параметр р увеличивается, растет доля упругой деформации в очаге. Это убедительно показано на примере временных вариаций параметра р для слабых землетрясений при заполнении Нурекского водохранилища за период с 1971 по 1980 гг. [1].
Были проведены вычисления параметрар и других очаговых параметров для взрывов и землетрясений. На рис. 1 показана зависимость параметра р от энергетического класса землетрясений по станции Кайтанак (Алтае-Саянский филиал Геофизической службы СО РАН). Видно, что параметр р растет с увеличением
Рис. 1. Зависимость параметра р от энергетического класса К землетрясений ^ — достоверность аппроксимации расчетных значений параметрар соответствующей кривой тренда). Обработка 58 сейсмограмм, записанных 29 октября - 10 декабря 2003 г. на ст. Кайтанак Алтае-Саянского филиала Геофизической службы СО РАН
Дю.б Дю.4
С 0.2 Дю.б о &
10.2 ДЭ.9 \10.2 ^10.1 Дю.1 Дю.4 . _.л10.2.
9.8 Д^ ,.т.- .. _ — ^°.3_[0Ж9.8 _ . ДТо.2- А 98 Дю.4 Д9.8 Дэ.8 ®о"1~ ■О. .^.6 _. —
9.5 Д Рср - о.с 32, а = 97 110 Д|0.1 Дэ.6 Г..Д?,8._ ^9.9 10.5Д
10066 10.14*
со СП о 9.7^
200 220 240 260 280 300 320
Расстояние 14, км
Рис. 2. Устойчивость параметра р при разных расстояниях R от эпицентра до сейсмостанции KTNK (Кайтанак) Алтае-Саянского филиала Геофизической службы СО РАН. Цифры возле треугольников — значения энергетического класса К
энергии землетрясения, т.е. упругая составляющая часть деформации с увеличением энергии возрастает. На рис. 2 показано, что параметрр практически не зависит от расстояния от эпицентра до станции. Это понятно, поскольку этот параметр, являясь интегральным очаговым параметром, зависит только от отношения сейсмической энергии к скаляру тензора сейсмического момента и должен быть постоянным для конкретного землетрясения или взрыва на любой сейсмической станции.
На рис. 3 приведена сводная диаграмма зависимости параметра р от энергетического класса для взрывов и землетрясений по записям сейсмических станций сети KNET в Кыргызстане (Научная станция Объединенного института высоких температур РАН, г. Бишкек). Видно, что взрывы и землетрясения одинаковой энергии заметно отличаются по параметру р. Это объясняется тем, что при выделении одинаковой энергии диссипацион-ные потери в очаге взрыва будут больше, чем в очаге землетрясения, за счет разрушения и разогрева. Други-
0.16 -
0.12 -
£-0.08
0.04
0.00
1
*
1 г > ■
4
Тренд изменения параметра р для землетрясений »
>
►
: Т ~ ■
■ * лт; т ф 1 1
- «- ■ _ ■
4 «.. г. 4 . « ^ 4- - . 1
.>л.л 4 Тренд изменения параметра р для взрывов по с/ст. иЭРЕМОУКА и СНиМУвН
9 10
Энергетический класс К
11
12
13
Рис. 3. Зависимость параметра р от энергетического класса К для взрывов и землетрясений по записям сейсмических станций сети KNET в Кыргызстане (Научная станция Объединенного института высоких температур РАН)
ми словами, упругая часть деформации, пропорциональная квадрату параметра р, в очаге землетрясения будет больше, чем для взрывов. Это еще нагляднее демонстрирует эффективность идентификации взрывов и землетрясений по параметру р. Например, для К = 8 значение тренда параметра р = 0.02 для взрывов и 0.046 для землетрясений.
При вычислении параметрар и других количественных параметров очага по экспериментальным цифровым сейсмическим записям использовались общепринятые методики определения сейсмической энергии и момента. Сейсмическая энергия определялась по методике Т.Г. Раутиан [2], а скаляр сейсмического момента — по методике Брюна [3]. Существенно не то, с какой точностью определяются эти величины, а то, что для
всего обрабатываемого массива данных заложена одна и та же методическая погрешность. Кроме того, при вычислении параметрар используется отношение энергии к моменту под корнем кубическим, что существенно уменьшает погрешность в определении этого параметра.
Литература
1. Щеглов В.И. О возможности слежения за динамикой состояния сейсмогенной среды с помощью р-параметра // Геология и геофизика. - 2006. - Т. 47. - № 6. - С. 789-799.
2. Раутиан Т.Г. Об определении энергии землетрясений на расстояниях до 3000 км // Экспериментальная сейсмика: Труды ИФЗ АН СССР. - М.: Наука, 1964. - № 32(199). - С. 72-98.
3. Brune J. Tectonic stress and spectra of seismic waves from earthquakes
// J. Geophys. Res. - 1970. - V. 75. - P. 4997-5009.
Поступила в редакцию 6.11.2006 г.
