Нетрадиционный подход к восстановлению частотной характеристики локальной сейсмологической сети Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

2010

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Геология

Вып.1 (9)

ГЕОФИЗИКА, ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 550.343.6

Нетрадиционный подход к восстановлению частотной характеристики локальной сейсмологической сети

Т.В. Верхоланцева3, Р.А. Дягилевь, Д.А. Маловичкоь, И.Ю.Митюнина3

a Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: [email protected], [email protected] b Горный институт УрО РАН, 614007, Пермь, ул. Сибирская, 78А E-mail: [email protected], [email protected] (Статья поступила в редакцию 7 октября 2010 г.)

В статье рассмотрена возможность восстановления и контроля частотных характеристик ло -кальных сейсмологических сетей с использованием сигналов от удаленных землетрясений. Результаты восстановления частотных характеристик получены по записям 340 удаленных землетрясений за 6-летний интервал работы локальной сети (с 2004 по 2009).

Ключевые слова: частотные характеристики; сейсмологическая сеть; землетрясение.

Сейсмологический мониторинг рудников Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС) ведется с 1995 г. с помощью сети сейсмопавильонов, установленных в горных выработках. Для решения ряда частных задач сейсмомониторинга (например, изучения механизмов очагов сейсмических событий) необходимо располагать информацией об амплитудных и фазовых частотных характеристиках сейсморегистрирующих каналов (АЧХ и ФЧХ). К сожалению, данная информация достоверно известна бывает на этапе установки аппаратуры либо после специальных и трудоемких процедур калибровки [1]. В ходе эксплуатации сейсмологического оборудования вследствие ряда факторов (замена кабелей при их обрывах, перемещение сейсмоприемников, дрейф характеристик сейсмоприемников и телеметрических модулей вследствие агрессивного влияния среды) может происходить неконтролируемое изменение АЧХ и ФЧХ.

Для отслеживания изменений и, при необходимости, восстановления характеристик

регистрирующей аппаратуры локальных сейсмологических сетей могут использоваться сигналы от удаленных источников - землетрясений, происходящих в различных районах мира [2]. На рисунке 1а показан пример записи Р-волн от землетрясения с магнитудой МЬ 6.1, произошедшего 3 февраля 2008 г. в районе озера Танганьика, Центральная Африка, полученной локальной сетью ОАО «Сильвинит».

В первом приближении можно предполагать, что если длина волн в сейсмических сигналах существенно превышает размеры локальной сети (расстояния между сейсмопавильонами), то сигналы должны быть одинаковы по амплитуде и сдвинуты во времени на величину, зависящую от относительного расположения сейсмопавильонов, направления прихода волны и ее скорости.

В частотной области это выражается в том, что

• амплитудные спектры сигнала от удаленного землетрясения для различных сейсмопавильонов одинаковы;

© Верхоланцева Т.В., Дягилев Р.А., Маловичко Д.А., Митюнина И.Ю., 2010

46

• различие фазовых спектров сигнала определяется положением сейсмопавильонов, а также направлением и скоростью прохождения сигнала через локальную сеть. Учитывая, что размеры сетей сейсмомониторинга на ВКМСК составляют менее 10 км, для анализа амплитудных и фазовых характеристик сейсморегистрирующих каналов должны выбираться землетрясения, происходящие на расстояниях более 2000 км, поскольку при этом сигналы в Р-волнах имеют кажущиеся

отслеживать их изменения с течением време -ни на основе массового анализа записей землетрясений.

В ГИ УрО РАН реализован следующий порядок анализа характеристик сейсморегистрирующих каналов.

На первом этапе выполняется оценка отно -сительных частотных характеристик каналов:

• производится отбор записей удаленных землетрясений с четкими сигналами (за один месяц берется 3-8 землетрясений);

длины волн вдоль земной поверхности порядка 10-25 км. Практика сейсмомониторинга показывает, что подобных землетрясений фиксируется достаточное количество - порядка десяти в месяц. Это дает возможность восстанавливать характеристики каналов и

• выполняется расчет относительных АЧХ и ФЧХ для одного землетрясения (отношения АЧХ каналов к АЧХ некоторого вы -бранного базового канала -

йЛг (/) = Аг (/) / Лк (/) ; разница ФЧХ кана-

48

Т.В. Верхоланцева, Р.А.Дягилев, Д.А. Маловичко, И.Ю.Митюнина

лов с ФЧХ базового канала -

АРг (/) = Рк (/) - Рг (/));

• производятся анализ изменения частотных характеристик и их осреднение по совокупности землетрясений в заданный интервал времени;

• составляется журнал относительных характеристик каналов.

На втором этапе для всех полученных характеристик выполняется проверка каналов:

• производится выбор эталонного сигнала (может использоваться запись землетрясения, полученная альтернативной и калиброванной аппаратурой, например стационарной станцией телесейсмической сети);

• сопоставляются восстановленные записи локальных сетей и эталонного сигнала;

• результаты сопоставления восстановленных записей с эталоном протоколируются.

Рисунок демонстрирует результаты применения описанных процедур к типичной сейсмограмме землетрясения. По результатам работ первого этапа определен набор dAг (/)

и Арг (_/) , использующий в качестве базового канала датчик 828, характеризующий данный промежуток времени. Эффект от введения данных характеристик в исходные записи показан на рисунке, б. Как видно, восстановленные записи (в отличие от исходных) имеют корректный вид - одинаковую полярность, форму и амплитуду первых вступлений. На втором этапе в качестве эталона взят широкополосный канал БИ2 федеральной сейсмостанции «Соликамск» с известными значениями ЧХ. Запись по данному каналу трансБиблиографический список

1. Бутырин П.Г., Маловичко Д.А., Коробов И.В. Калибровка в системах сбора сейсмологических данных // Доклады Второй Уральской молодежной научной школы по геофизике / ГИ УрО РАН. Пермь, 2001. С. 16-19.

2. Маловичко Д.А. Калибровка локальных сейсмологических сетей по записям удаленных

формирована в запись сейсмоприемника СМ3-КВ, который используется во всех сейсмопавильонах локальной сети, и «синхронизирована» с записью базового канала s28. Сопоставление АЧХ и ФЧХ восстановленных сигналов с эталонным сигналом показывает высокую степень их подобия, что подтверждает правильность результатов первого этапа.

Описанная выше процедура восстановления характеристик каналов была выполнена для локальной сейсмологической сети, действующей на рудниках ОАО «Сильвинит», за 6летний интервал ее работы (с 2004 по 2009). При анализе использовались записи 340 землетрясений. В результате выделено 24 временных интервала, в пределах которых характеристики всех каналов сети можно считать стабильными. Критерием стабильности являлось соответствие двум условиям:

• погрешность ФЧХ не превышает 30 градусов;

• погрешность АЧХ варьирует в пределах 10 дБ.

Установление нового временного интервала стабильности ЧХ может быть также связано с изменениями координат датчиков или самого базового канала. В итоге для каждого интервала получен свой набор АЧХ и ФЧХ для работавших каналов.

В ближайшем будущем сформированная в результате данной работы база данных характеристик сейсморегистрирующих каналов будет использована для массовой оценки механизмов сейсмических событий, ранее опробованной на материалах наблюдений 2004 г. [3].

землетрясений // Там же. С. 90-92.

3. Malovichko D.A. Study of seismic source mechanisms in mines of the Verkhnekamskoye potash deposit // Proceedings of the 7th International Symposium on Rockbursts and Seismicity in Mines : Controlling Seismic Hazard and Sustainable Development of Deep Mines, Dalian, 2009. New York : Rinton Press, 2009. P. 387398.

The Nonconventional Approach of Restoration of the Frequency Characteristic of the Local Seismological Network

T. Vercholantseva8, R. Dyagilevb, D.A.Malovichkob, I. Mityuninaa

aPerm State University. 614990, Perm, Bukirev st., 15 E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

bMining Institute, Ural of Branch Russian academy of sciences, 614007, Perm, Sibirskaya st., 78А

E-mail: [email protected], [email protected]

The article observes possibility of restoration and control of channel responses used in local seismic networks with signals from remote earthquakes. Results of response restoration are based on seismograms of 340 remote earthquakes for 6 years observations with local network (since 2004 to 2009).

Keywords: seismic channel response; seismic network; earthquake.

Рецензент - доктор геолого-минералогических наук А.С. Некрасов