CC BY
51
УДК 550.34.034
С.И. Сергеев, И.А. Санина, С.А. Королёв, С.Г. Волосов
РАННЕЕ ОБНАРУЖЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В РАЙОНАХ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАЛОАПЕРТУРНЫХ
U _
СЕЙСМИЧЕСКИХ АНТЕНН*
Представлены результаты исследований по созданию систем раннего обнаружения сейсмической активности в районах проведения горных работ. Проведен анализ существующих технологий мониторинга наведенной сейсмичности, рассмотрены их достоинства и недостатки, приведены примеры существующих и действующих систем. Описана предлагаемая система мониторинга, включающая три малоапертурные сейсмические антенны и использующая технологию кросс-корреляции для обнаружения сигналов с низким отношением сигнал/шум. Приведены результаты обработки данных по записям малоапертурных сейсмических антенн для определения параметров землетрясения в сопоставлении с результатами работы сейсмологических сетей, состоящих из большого количества сейсмостанций и результаты исследований по применению метода кросс-корреляции волновых форм к поиску наведенной сейсмичности с использованием записей, полученных при наблюдениях за сейсмическим режимом в районе карьеров Курской магнитной аномалии. Показано, что при создании сигнала-образца из записи подтвержденного события, представляющего собой промышленный взрыв в горной выработке, существенно облегчается идентификация наблюдаемых сейсмических событий. Показано, что данным способом обнаружены события, которые по совокупности признаков можно предположительно отнести к проявлениям наведенной сейсмической активности. Разработано специальное программное обеспечение для исследований методом расчета взаимно-корреляционной функции на языке программирования Python с использованием библиотеки ObsPy.
Ключевые слова: наведенная сейсмичность, землетрясение, сейсмическая антенна, шахта, разрез, карьер, промышленный взрыв, кросс-корреляция волновых форм.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-167-177
Введение
Важнейшая цель сейсмического мониторинга в районах проведения горных работ — заблаговременное, до возникновения наведенных землетрясений с высокой магнитудой, обнаружение сейсмической активности или изменения ее
режима. Слабая техногенная сейсмичность может быть индикатором начала геодинамических процессов, приводящих к событиям с ощутимым макросейс-мическим эффектом и значительным материальным уроном. Примеры хорошо известны. Это, в частности, Соликамское
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 16-17-00095.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 167-177. © С.И. Сергеев, И.А. Санина, С.А. Королёв, С.Г. Волосов. 2017.
землетрясение 1995 г. (Мз = 4,2) [1] и Ба-чатское землетрясение 2013 г. (М1 = 6,1) [2]. Исследование наведенной сейсмичности часто начинается уже после ощутимых техногенных землетрясений.
Воздействие мелкофокусных техногенных сейсмических событий проявляется не только в виде непосредственного материального ущерба, нанесенного горнодобывающему оборудованию и инфраструктуре, но и в снижении устойчивости бортов карьеров, активизации опасных склоновых процессов в непосредственной близости от эпицентра. Поэтому контроль сейсмического режима — это залог безопасной работы горнодобывающего предприятия.
Подходы к обнаружению
сейсмической активности
Прогнозирование наведенной сейсмической активности может быть выполнено по результатам статистического анализа продолжительных наблюдений. Например, в работе [4] результаты исследований наведенной сейсмической активности представлены в виде модели, описывающей влияние параметров активных воздействий при горных работах на параметры сейсмического режима. Следует отметить, что данная модель создается апостериорно, по результатам мониторинга в течение длительного периода. Таким способом невозможно предсказать миграцию наведенной сейсмической активности или ее возникновение в новых районах.
На наш взгляд, очень важно своевременно обнаружить активизацию сейсмических событий там, где они ранее не фиксировались. Чем ниже будет порог обнаружения слабых сейсмических событий, тем больше будет резерв времени на анализ ситуации и принятие мер по предотвращению материального ущерба от возможного техногенного землетрясения высокой интенсивности.
Для этого требуется обнаружение сейсмических событий с очень низкой маг-нитудой, вплоть до нулевых или отрицательных значений. Решение данной задачи возможно следующими основными способами:
• создание объектовой сети сейсмологического мониторинга;
• развертывание сети сейсмологических наблюдений в районе горных работ;
• установка одной или нескольких сейсмических антенн.
Рассмотрим более подробно достоинства и недостатки перечисленных вариантов.
Объектовая сеть
Данный вид мониторинга чаще всего используется при сейсмическом контроле шахтного поля. Сейсмоприемники устанавливаются не только на земной поверхности, но и в квершлагах или штольнях. Это дает объектовым сетям мониторинга множество преимуществ при обнаружении сейсмической активности. Так, близость датчиков к местам возникновения наведенной сейсмичности позволяет хорошо регистрировать очень слабые события, в том числе с отрицательной магнитудой. Техногенный шум, распространяемый поверхностными волнами, практически не воздействует на сейсмоприемники, размещенные на большой глубине. Поэтому записи сейсмических событий, сделанные объектовыми сетями, характеризуются высоким отношением сигнал/шум. Это позволяет использовать стандартные методы сейсмологической обработки. Анализ сигналов, записанных в горных выработках на разных уровнях, позволяет определить глубины гипоцентров сейсмических событий наведенного характера.
В то же время создание и эксплуатация объектовых систем мониторинга имеет ряд сложностей и особенностей.
Прежде всего, работа этих систем происходит в условиях интенсивной производственной деятельности, что предъявляет высокие требования к динамическому диапазону сейсмоприемников, степени их защиты от внешних воздействий. Кроме того, высокий уровень локальных механических помех затрудняет обнаружение слабых событий в часы работы шахтного оборудования. Синхронизация сейсморегистраторов, традиционно выполняемая по сигналам спутниковых навигационных систем, также существенно усложняется при поземном размещении оборудования. Еще одна проблема объектовых сетей — высокая стоимость эксплуатации, обусловленная большим объемом работ по техническому обслуживанию.
Пожалуй, один из наиболее известных примеров развертывания и эксплуатации объектовых сетей сейсмического мониторинга — это система сейсмических наблюдений на рудниках «Уралка-лия» [5].
Сейсмологическая сеть в районе
горных работ
Этот вид мониторинга используется для контроля одного или нескольких крупномасштабных объектов горнодобывающей промышленности, в том числе угольных карьеров. В состав сейсмологической сети входит до нескольких десятков станций, расстановка которых выполняется по принципу окружения объектов мониторинга. Как правило, на многих станциях устанавливаются велосиметри-ческие и акселерометрические сейсмо-приемники одновременно, так как амплитуда колебаний земной поверхности при проведении массовых взрывов может быть значительной, а ускорение может достигать нескольких см/с2. Синхронизация работы станций производится по сигналам спутниковых навигационных систем. Сейсморегистраторы могут пере-
давать информацию в центр обработки данных в реальном масштабе времени по сетям сотовой связи благодаря широкому развитию в них услуг пакетной передачи данных. Определение параметров сейсмических событий любой природы производится стандартными методами сейсмологической обработки.
Одно из ключевых преимуществ сейсмологических сетей — возможность определения глубины гипоцентров событий наведенной сейсмичности, причем в широком диапазоне и с высокой точностью. Эти сети эффективно работают как в дневное, так и в ночное время, поскольку горнодобывающее оборудование удалено от сейсморегистраторов не менее чем на несколько сотен метров. Сейсмологические сети могут быть использованы не только для поиска наведенной сейсмичности, но и для контроля времени и мощности взрывных работ, исследования макросейсмического поля промышленных взрывов и оценки интенсивности сотрясений в населенных пунктах. Техническое обслуживание наземных сетей проще по сравнению с объектовыми сетями.
К недостаткам сейсмологических сетей, развернутых в районах проведения горных работ, можно отнести следующие. Во-первых, порог минимальной регистрируемой магнитуды у этих сетей ниже, чем у объектовых систем мониторинга, так как сейсмоприемники удалены на большее расстояние от гипоцентров событий наведенной сейсмичности. На примере [3] известно, что пороговое значение магнитуды для стационарной системы мониторинга составляет примерно 1,0. Для снижения порога часто разворачиваются временные сети [3].
Во-вторых, стоимость эксплуатации сейсмологических сетей высока в силу большего количества станций и их пространственной разнесенности, что требует значительных расходов на транспорт,
оплату труда инженерного персонала и услуг связи. Остается острым, особенно для временных систем, вопрос защиты от вандализма.
Один из лучших примеров создания сейсмологических сетей контроля наведенной сейсмичности — система мониторинга, развернутая в Кузбассе [3].
Сейсмические антенны
Сейсмические антенны, или мало-апертурные сейсмические группы (также часто называемые когерентными сейсмическими группами) используются уже с середины 1960-х годов. Как известно, основное отличие сейсмической группы от сейсмостанции с одним пунктом наблюдения заключается в повышении чувствительности благодаря улучшению отношения сигнал/шум, что в свою очередь достигается когерентным суммированием сигналов от группы сейсмо-приемников методом регулируемого направленного приема (РНП). Выигрыш в чувствительности для группы из N сейс-моприемников составляет ^ раз. Как правило, минимальное число станций в сейсмической группе — четыре (один в центре, остальные равноудалены от центра и образуют равносторонний треугольник). Чаще в группе устанавливается больше датчиков — семь и выше. Сейсморегистраторы антенны могут быть подключены в реальном масштабе времени к центру обработки данных или же, в случае временной установки, работать автономно. В стационарном варианте для синхронизации работы всех сейс-морегистраторов в группе используется один источник меток точного времени — приемник сигналов спутниковых навигационных систем.
Малоапертурная сейсмическая группа разворачивается, как правило, на площади размером приблизительно 1 км2 или более. В этих пределах сейсмические волны еще сохраняют когерентность,
а микросейсмический шум уже становится некоррелированным. Для наблюдения за каким-либо объектом сейсмические группы устанавливаются на расстоянии в несколько километров от него, поэтому эффективно работают в любое время суток. Техническое обслуживание сейсмических антенн проще, чем объектовых систем мониторинга и сейсмологических сетей, а затраты на эксплуатацию меньше — прежде всего, из-за компактного пространственного размещения.
Главное преимущество сейсмических антенн — высокая чувствительность и возможность точного определения положения источника сигнала. Именно это позволяет заметить слабые события даже в условиях сильных техногенных помех.
Развертыванию малоапертурных групп предшествует этап изысканий по поиску площадки размером не менее 1 км2, где не ведется хозяйственная деятельность и наблюдается низкий уровень микросейсмического шума.
Предлагаемая технология
Для раннего обнаружения сейсмической активности в районах проведения горных работ мы предлагаем использовать технологию, предусматривающую установку трех сейсмических антенн (см. рис. 1) и применение метода кросс-корреляции волновых форм для обработки сигналов. Элементы этой технологии апробированы нами в работах по мониторингу сейсмичности Восточно-Европейской платформы, контролю сейсмического режима ответственных объектов инфраструктуры и наблюдениям в районе карьеров Курской магнитной аномалии.
Возможности технологии, использующей сейсмические антенны для локации и определения параметров сейсмического события, можно проиллюстрировать на примере землетрясения вблизи города Мариуполь (Украина), произо-
Рис. 1. Предлагаемая схема мониторинга сейсмической активности в районе проведения горных работ. Треугольниками показаны места установки сейсмоприемников. R и ф — дальность и азимут на источник
шедшего 7 августа 2016 г. Это землетрясение было зафиксировано станциями Единой геофизической службы РАН (ЕГС РАН), а также двумя сейсмическими антеннами Института динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) — «Михнево» и временной сейсмической антенной вблизи города Волгодонска (Ростовская область). Для определения параметров события в ЕГС РАН были использованы сигналы от 49 станций. ИДГ РАН использовал для обработки данные только от двух сейсмических групп. В первом случае событие было определено с эпицентром в точке 47,17° с.ш., 37,52° в.д. (магниту-да ть = 4,8), во втором — 47,16° с.ш., 37,55° в.д. (магнитуда ть = 4,6).
Результаты определения координат землетрясения, полученные сетью из 49 станций и двумя антеннами, фактически совпадают. Это говорит о том, что всего две сейсмических антенны выполнили те же функции, что и обширная сеть сейсмостанций. Вывод, сделанный на примере регионального сейсмического события, можно распространить и на район ведения горных работ. Три сейсмических антенны, по нашему мнению, вполне способны заменить сеть станций мониторинга.
Обнаружение слабых событий
Апробация технологии обнаружения слабых сейсмических событий в райо-
нах проведения горных работ была проведена нами при наблюдениях в районе расположения карьеров Курской магнитной аномалии. Использовался отдельный трехкомпонентный пункт непрерывной регистрации, расположенный вблизи шахтного поля.
Для обнаружения слабых событий использовался метод кросс-корреляции волновых форм [6]. Метод предусматривает вычисление взаимно-корреляционных функций между образцами и непрерывной записью [7, 8].
За период наблюдений (два с небольшим месяца) не было зарегистрировано ни одно подтвержденное локальное сейсмическое событие наведенной природы с высокой интенсивностью. Поэтому в качестве образца была использована запись одного из взрывов в горной выработке, произведенного 03.08.2016 в 12:28:00 UTC на расстоянии приблизительно 2 км от сейсмоприемника — в предположении, что сейсмограмма реакции среды на воздействие в той же области пространства будет иметь схожую форму [9].
Сейсмограмма образца приведена на рис. 3, а. Она имеет длительность 15 с, записана велосиметром СМ3-КВ с частотой дискретизации 200 Гц и получена путем полосовой частотной фильтрации исходного сигнала в диапазоне 4,8—25,0 Гц, что соответствует спектру рассматриваемого воздействия.
Для проведения корреляционного анализа и отображения полученных результатов было написано специальное программное обеспечение на языке Python с использованием сейсмологической библиотеки ObsPy [10—12]. Обнаружение корреляционным методом проводилось следующим способом:
1. Вычисление коррелограмм (1), т.е. взаимно-корреляционых функций между образцом и записью в скользящем временном окне, по каждой из осей:
CC (т) =
o ( -м~)х(( -xx;+p )
Г=о (-MM )2 x^c -X>xr)
(1)
где СС^т) — коэффициент взаимной корреляции между ¡-ым образцом длиной Р отсчетов и /-ой записью сейсмического воздействия для смещения на т отсчетов относительно начала /-ой записи, М— у-ый отсчет образца М., М, — среднее значение всех отсчетов образца М., X— у-ый отсчет записи X., Х.^ — (у+т)-ый отсчет записи Х(1 ), хт ^Хт+р — среднее значение отсчетов записи X. в диапазоне от т до т+Р.
2. Вычисление итоговой мультипликативной коррелограммы (2) как произведения взаимно-корреляционнных функций по каждой из осей:
MCC (т) = ПСС, (т)
(2)
где MСС¡j(т) — мультипликативный коэффициент взаимной корреляции между ¡-ым образцом и _/-ой записью сейсмического воздействия для смещения на т отсчетов относительно начала /-ой записи, СС^т) — коэффициент взаимной корреляции между ¡-тым образцом и /-ой записью сейсмического воздействия для смещения на т отсчетов относительно начала /-ой записи для к-ой оси.
Сколь-нибудь значимое превышение уровня мультипликативной коррелограм-мы над фоном возможно только в случае синхронного роста уровня корреляции по всем трем осям. Это очень жесткое условие дает возможность выделить и обнаружить только те события, которые похожи на образец одновременно по трем осям с точностью до фазы прихода на сейсмоприемник. Можно предположить, что мультипликативная коррелограмма позволяет сформировать критерий об-
k=1
Рис. 2. Мультипликативные коррелограммы: для суточной записи 09.08.2016 (а), для суточной записи 10.08.2016 (б). По горизонтали — смещение относительно начала суточной записи, отсчетов. По вертикали — мультипликативный коэффициент корреляции
наружения, обладающий избирательностью по поляризации волн, а значит — по направлению их прихода.
В результате анализа было выявлено, что наиболее высокие значения мультипликативного коэффициента корреляции (~0,4) приходятся на промышленные взрывы в той же горной выработке. Так, на рис. 2, а показана суточная мульпли-кативная коррелограмма, образованная в результате совместной обработки образца (рис. 3, а) и суточной записи 09.08.2016, полученной в той же точке наблюдения. Хорошо заметен единственный выброс со смещением около 0,9*107 отсчетов. Событие, соответствующее данному выбросу, показано на рис. 3, б. Как можно заметить, форма и амплитуда событий на рис. 3, а и 3, б схожи.
На рис. 2, б показана мультипликативная коррелограмма, полученная в результате обработки суточной записи 09.08.2016. На ней хорошо выделяется основной пик, соответствующий взры-
ву в горной выработке в 12:24:09 иТС. Временная диаграмма этого события показана на рис. 3, в. Также можно заметить еще один относительно слабый выброс в 23:16:20 иТС (т.е. в 02:16:20 11.08.2016 по местному времени). Соответствующая ему временная диаграмма показана на рис. 3, г.
На единство генезиса образца (см. рис. 3, а) и найденных корреляционным способом событий (рис. 3, б, в) указывает ряд косвенных признаков. Прежде всего, это узкий интервал времени суток (12:22—12:28). Еще одно сходство заключается в том, что амплитуды образца и обнаруженных промышленных взрывов имеют один и тот же порядок — десятки тысяч единиц в уровнях квантовая АЦП сейсморегистратора. Таким образом, события на рис. 3, а—в — это промышленные взрывы в одной и той же горной выработке.
Сейсмическое событие, показанное на рис. 3, г и соответствующее второму
Рис. 3. Волновые формы сейсмических событий: запись взрыва 03.08.2016 в 12:28:00 итС, использованная в качестве образца при вычислении взаимно-корреляционных функций (а), найденная запись взрыва 09.08.2016 в 12:21:46 итС (б), найденная запись взрыва 10.09.2016 в 12:24:09 итС (в), найденное событие предположительно наведенной природы 10.08.2016 в 23:16:20 итС (г). На всех диаграммах длина временного окна —15 с, диапазон частотной фильтрации — 4,8—25 Гц. По горизонтали — время, с. По вертикали — скорость, отсчетов АЦП
выбросу на мультипликативной корре-лограмме (рис. 2, б), едва заметно на фоне шума даже после полосовой фильтрации. Его амплитуда не превышает 2000 единиц в уровнях квантования АЦП сейсморегистратора, т.е на порядок ниже, чем амплитуда записей промышленных взрывов. Выброс зафиксирован
примерно в середине ночи по местному времени. По перечисленным признакам рассматриваемое событие крайне маловероятно является взрывом. Событие также скорее всего не является механическим воздействием в горной выработке, так как произошло за несколько часов до начала интенсивных работ.
Таким образом, мы предполагаем, что обнаруженное событие имеет природу наведенной сейсмичности и произошло в непосредственной близости от горной выработки.
Выводы
По результатам проведения мониторинга сейсмической активности в районе проведения горных работ и анализа полученных данных можно сделать следующие выводы.
1. Наведенная сейсмическая активность с очень низкими магнитудами событий может быть обнаружена методом кросс-корреляции волновых форм. Для еще большего снижения порога обнаружения необходимо вести расчет взаимной корреляции по суммотрассам сейсмической антенны.
2. Метод кросс-корреляции волновых форм позволяет идентифицировать события по ранее полученным образцам с подтвержденным происхождением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Для более эффективной работы методом кросс-корреляции волновых форм необходим расчет синтетических сейсмограмм по всем конечным элементам пространства, где ожидается возникновение наведенной сейсмической активности.
4. Оценка динамики режима наведенной сейсмической активности потребует разработки количественных метрик и их пороговых значений, по которым можно будет судить об опасности горных ударов и нарушения прочности бортов карьеров.
5. Использование малоапертурных сейсмических антенн является эффективным методом контроля возникновения и динамики наведенной сейсмической активности в районе проведения горных работ. Данный метод позволяет создавать системы высокочувствительные системы мониторинга, работающие в составе горнодобывающих предприятий в автоматическом режиме, в реальном масштабе времени.
1. Маловичко А.А., Маловичко Д.А, Кустов А. К. Соликамское землетрясение 5 января 1995 года (Ms = 4,2) / Землетрясения Северной Евразии в 1995 году. - М.: ГС РАН, 2001.
2. Еманов А. Ф., Еманов А.А., Фатеев А. В., Лескова Е. В., Шевкунова Е. В., Подкорыто-ва В.Г. Бачатское землетрясение 18 июня 2013 г., ML = 6.1 / Геофизические методы исследования земной коры. Материалы Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Пузырева. — Новосибирск, 2014. — С. 145—149.
3. Еманов А. Ф., Еманов А.А., Фатеев А. В., Лескова Е. В., Ситников В. В., Корабельщиков Д. Г., Дураченко А. В. Мониторинг наведенной сейсмичности в Кузбассе / Геофизические методы исследования земной коры. Материалы Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Пузырева. — Новосибирск, 2014. — С. 141—145.
4. Верхоланцева Т. В., Дягилев Р. А. Количественная оценка влияния горнотехнических параметров отработки месторождения на сейсмический режим // Триггерные эффекты в геосистемах. Материалы третьего Всероссийского семинара-совещания / Под ред. В. В. Адушки-на, Г. Г. Кочаряна. — М.: ГЕОС, 2015. — С. 214—220.
5. Дягилев Р. А., Шулаков Д. Ю., Верхоланцев А. В., Глебов С. В. Мониторинг сейсмических процессов в калийных рудниках: результаты наблюдений и перспективы развития // Горный журнал. — 2013. — № 6.
6. Адушкин В. В., Китов И. О., Нестеркина М. А., Константиновская Н.Л., Санина И. А., Не-пеина К. С. Обнаружение сверхслабых сигналов на малоапертурной сейсмической антенне «Михнево» с помощью кросс-корреляции волновых форм // ДАН. — 2015. — Т. 460. — № 6. — С. 707—709.
7. Ruigrok E., Steven Gibbons. Kees Wapenaar Cross-correlation beamforming // J Seismol DOI 10.1007/s10950-016-9612-6.
8. Steven Gibbons, Frode Ringdal. The detection of low magnitude seismic events using array-based waveform correlation // Geophys. J. Int. (2006) 165, 149—166.
9. Margarete Vasterling, Ulrich Wegler, Andrea Bruestle, Jan Becker. Real time monitoring of induced seismicity in the Insheim and Landau deep geothermal reservoirs, Upper Rhine Graben, using the new SeisComP3 cross-correlation detector // Journal of Seismology. January 2017, Volume 21, Issue 1, pp. 193—208.
10. Beyreuther M., Barsch R., Krischer L., Megies T., Behr Y., Wassermann J. ObsPy: A Python Toolbox for Seismology // SRL, 2010, 81(3), pp. 530—533.
11. Megies T., Beyreuther M., Barsch R., Krischer L., Wassermann J. ObsPy — What can it do for data centers and observatories? // Annals Of Geophysics, 2011, 54(1), pp. 47—58.
12. Krischer L., Megies T., Barsch R., Beyreuther M., Lecocq T., Caudron C., Wassermann J. ObsPy: a bridge for seismology into the scientific Python ecosystem // Computational Science & Discovery, 2015, 8(1), 014003.
13. Hunter J. D. Matplotlib: A 2D graphics environment // Computing In Science & Engineering, 2007, 9(3), pp. 90—95. ЕШЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Сергеев Сергей Ильич1 — научный сотрудник, e-mail: [email protected],
Санина Ирина Альфатовна1 — доктор физико-математических наук,
зав. лабораторией, e-mail: [email protected],
Королёв Сергей Анатольевич1 — кандидат технических наук,
старший научный сотрудник,
Волосов Сергей Георгиевич1 — старший научный сотрудник, 1 Институт динамики геосфер Российской Академии Наук.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 167-177.
UDC 550.34.034
S.I. Sergeev, I.A. Sanina, S.A. Korolyov, S.G. Volosov
ADVANCED DETECTION OF SEISMIC ACTIVITY IN MINING AREAS WITH SMALL APERTURE SEISMIC ANTENNAS
The results of studies on the development of systems for early detection of seismic activity in the areas of mining. The analysis of existing technologies for monitoring of induced seismicity, discussed their advantages and disadvantages, are examples of existing and operating systems. Describe the proposed monitoring system, which includes two small aperture seismic arrays and using waveform cross-correlation technology for detecting signals with low signal-to-noise ratio. We give the data from the records of the two small-aperture antennas to determine the seismic earthquake parameters in comparison with the results of the seismological network consisting of a large number of seismic stations. The results of studies on the application of the cross-correlation waveforms to the search of induced seismicity using records obtained from observations of the seismic regime in the area of quarries of the Kursk magnetic anomaly. It is shown that in selecting the reference signal from recording the confirmed event is an quarry blast in the mine workings, greatly facilitated the identification of observed seismic events. It is also shown that this method revealed the event that a set of attributes can presumably be attributed to the manifestation of induced seismic activity. Special software developed to research the method of calculating cross-correlation function by Python programming language using ObsPy library. The directions of further studies to confirm the nature of the found event involving calculation of synthetic seismograms for the finite elements in a predetermined area of the underground space following cross-correlation analysis, and observation by one or two seismic arrays and using the stacked traces to increase the sensitivity of the system.
Key words: induced seismicity, earthquake, seismic array, mining facility, quarry blast, waveform cross-correlation.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-167-177
AUTHORS
Sergeev S.I.1, Researcher,
e-mail: [email protected],
Sanina I.A.1, Doctor of Physical and Mathematical
Sciences, Head of Laboratory,
e-mail: [email protected],
Korolyov S.A.1, Candidate of Technical Sciences,
Senior Researcher,
Volosov S.G.1, Senior Researcher,
1 Institute of Geosphere Dynamics of Russian
Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia.
ACKNOWLEDGEMENTS
This study has been supported by the Russian Science Foundation, Grant No. 16-17-00095.
REFERENCES
1. Malovichko A. A., Malovichko D.A, Kustov A. K. Zemletryaseniya Severnoy Evrazii v 1995 godu (Earthquakes in the Northern Eurasia in 1995), Moscow, GS RAN, 2001.
2. Emanov A. F., Emanov A. A., Fateev A. V., Leskova E. V., Shevkunova E. V., Podkorytova V. G. Geofi-zicheskie metody issledovaniya zemnoy kory. Materialy Vserossiyskoy konferentsii, posvyashchennoy 100-letiyu so dnya rozhdeniya akademika N.N. Puzyreva (Geophysical Methods of Investigation of the Earth's Crust: Proceedings of the All-Russian Conference Devoted to the 100th Anniversary of Academician N.N. Puzyrev), Novosibirsk, 2014, pp. 145-149.
3. Emanov A. F., Emanov A. A., Fateev A. V., Leskova E. V., Sitnikov V. V., Korabel'shchikov D. G., Du-rachenko A. V. Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoy kory. Materialy Vserossiyskoy konferentsii, posvyashchennoy 100-letiyu so dnya rozhdeniya akademika N.N. Puzyreva (rGeophysical Methods of Investigation of the Earth's crust: Proceedings of the All-Russian Conference Devoted to the 100th Anniversary of Academician N.N. Puzyrev), Novosibirsk, 2014, pp. 141—145.
4. Verkholantseva T. V., Dyagilev R. A. Triggernye effekty v geosistemakh. Materialy tret'ego Vse-rossiyskogoseminara-soveshchaniya. Pod red. V. V. Adushkina, G. G. Kocharyana Trigger Effects in Ge-osystems: III All-Russian Workshop-Conference Proceedings. Adushkin V. V., Kocharyan G. G. (Eds.)), Moscow, GEOS, 2015, pp. 214—220.
5. Dyagilev R. A., Shulakov D. Yu., Verkholantsev A. V., Glebov S. V. Gornyyzhurnal. 2013, no 6.
6. Adushkin V. V., Kitov I. O., Nesterkina M. A., Konstantinovskaya N. L., Sanina I. A., Nepeina K. S. Doklady Akademii nauk. 2015, vol. 460, no 6, pp. 707—709.
7. Ruigrok E., Steven Gibbons. Kees Wapenaar Cross-correlation beamforming. J Seismol DOI 10.1007/s10950-016-9612-6.
8. Steven Gibbons, Frode Ringdal. The detection of low magnitude seismic events using array-based waveform correlation. Geophys. J. Int. (2006) 165, 149—166.
9. Margarete Vasterling, Ulrich Wegler, Andrea Bruestle, Jan Becker. Real time monitoring of induced seismicity in the Insheim and Landau deep geothermal reservoirs, Upper Rhine Graben, using the new SeisComP3 cross-correlation detector. Journal of Seismology. January 2017, Volume 21, Issue 1, pp. 193—208.
10. Beyreuther M., Barsch R., Krischer L., Megies T., Behr Y., Wassermann J. ObsPy: A Python Toolbox for Seismology. SRL, 2010, 81(3), pp. 530—533.
11. Megies T., Beyreuther M., Barsch R., Krischer L., Wassermann J. ObsPy What can it do for data centers and observatories? Annals of Geophysics, 2011, 54(1), pp. 47—58.
12. Krischer L., Megies T., Barsch R., Beyreuther M., Lecocq T., Caudron C., Wassermann J. ObsPy: a bridge for seismology into the scientific Python ecosystem. Computational Science & Discovery, 2015, 8(1), 014003.
13. Hunter J. D. Matplotlib: A 2D graphics environment. Computing In Science & Engineering, 2007, 9(3), pp. 90—95.
_
