Распознавание ядерных взрывов и землетрясений на региональных расстояниях для полигона Лобнор по данным сети knet Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.34

Берёзина А.В.1, Соколова И.Н.2 Першина Е. В.1, Никитенко Т. В.1

хИнститут сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан,

2Институт геофизических исследований Министерства энергетики Республики

Казахстан, г. Курчатов, Казахстан

РАСПОЗНАВАНИЕ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ И ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА РЕГИОНАЛЬНЫХ РАССТОЯНИЯХ ДЛЯ ПОЛИГОНА ЛОБНОР ПО ДАННЫМ

СЕТИ KNET

Аннотация. По записям сейсмических станций Кыргызской сети мониторинга KNET проведён сравнительный анализ волновой картины подземных ядерных взрывов, произведённых на региональных расстояниях: на полигоне Лобнор в 1983 - 1996 гг. и тектонических землетрясений, произошедших в том же районе. Исследованы спектральные отношения основных сейсмических региональных фаз Sn/Pn и Lg/Pg с целью сейсмического распознавания природы источника.

Ключевые слова: мониторинг, ядерный взрыв, запись, частота, землетрясение.

KNET ТYЙYНYНYН МААЛЫМАТТАРЫ БОЮНЧА ЛОБНОР ПОЛИГОНУ YЧYН АЙМАКТЫК АРАЛЫКТАРДАГЫ ЯДРОЛУК ЖАРЫЛУУЛАРДЫ ЖАНА

жер титиpeeлepдY таануу

Кыскача мазмуну. KNET мониторингинин Кыргыз TYЙYHYHYH сейсмикалык станцияларынын жазып алуулары боюнча аймактык аралыктарды жYргYЗYлгeн жер алдындагы ядролук жарылуулардын толкундук CYрeтYHYн салыштырмалуу талдоосу жYргYЗYлгeн: Лобнор полигонунда 1983 - 1996-жж. жана ошол эле райондо жYргYЗYЛYшкeн тектоникалык жер титирeeлeрдYн талдоосу аткарылган. Булактын жаратылышын сейсмикалык таануу максатында Sn/Pn жана Lg/Pg негизги сейсмикалык аймактык фазаларынын спектарлдык катнаштары изилденген.

Негизги сездер: мониторинг, ядролук жардыруу, жазып алуу (каттоо), жыштык, жер титирee.

DISCRIMINATION OF NUCLEAR EXPLOSIONS AND EARTHQUAKES AT REGIONAL DISTANCES FOR THE LOP NOR TEST SITE ACCORDING TO THE

KNET NETWORK DATA

Annotation. Based on the records of the KNET network, a comparative analysis of the waveforms of underground nuclear explosions, conducted at regional distances, was carried out at the Lop Nor Test Site (1983 - 1996) and tectonic earthquakes in the same area. The spectral ratios of the Sn/Pn and Lg/Pg seismic regional phases were studied with the aim of seismic recognition of the source nature.

Keywords: monitoring, nuclear explosion, record, frequency, earthquake.

В сентябре 1991 г. на территории Кыргызстана была установлена сеть цифровых широкополосных сейсмических станций KNET, первая в Центральной Азии. В настоящее время она состоит из 10 станций: «Ала-Арча» (AAK), «Алма-Ашу» (AML),

«Чумыш» (CHM), «Еркин-Сай2» (EKS2), «Карагай-Булак» (KBK), «Кызарт» (KZA), «Токмак2» (TKM2), «Учтор» (UCH), «Улахол» (ULHL) и «Успеновка» (USP) [1]. В Центре данных ИС НАН КР ведётся круглосуточный мониторинг сейсмических событий разной природы с целью составления сейсмологических бюллетеней тектонических землетрясений, оценки сейсмической опасности и др. Контроль за проведением ядерных испытаний в регионе Центральной и Южной Азии сейсмическими методами не является основной задачей Центра, однако для составления качественного бюллетеня необходимо знать природу источника, так как на территории Азии кроме тектонических землетрясений регистрируется большое количество карьерных взрывов, а также существуют ядерные полигоны, часть из которых в настоящее время закрыта. Однако задача сейсмического распознавания подземных ядерных взрывов и землетрясений на региональных расстояниях не потеряла своей актуальности. Ядерные полигоны Азии (Семипалатинский (Казахстан), Лобнор (Китай), Чагай (Пакистан) и Покхаран (Индия)) находятся на региональных расстояниях от станций кыргызской сети KNET [1]. С начала работы сеть KNET зарегистрировала 8 ПЯВ из района китайского испытательного полигона Лобнор, 1 из района индийского испытательного полигона Покхаран, и 2 из района пакистанского испытательного полигона Чагай. Основными этапами сейсмического распознавания на региональных расстояниях являются: определение местоположения источника и глубины события, построение механизма очага, расчёт спектра сигнала, определение амплитудных отношений региональных фаз, отношение магнитуд поверхностных и объёмных волн. Наиболее простым и эффективным методом распознавания подземных ядерных взрывов на региональных расстояниях является использование спектральных амплитудных отношений региональных фаз S/P, так как при ядерных взрывах меньшая доля энергии излучается в виде поперечных волн, чем при землетрясениях.

Анализировались записи, полученные на цифровых сейсмических станциях KNET: AAK, AML, CHM, EKS2, KBK, KZA, TKM2(TKM), UCH, ULHL, USP за 19922018 гг. Тектонические землетрясения выбирались из района, ограниченного координатами 40.5°-43.5° N, 86.5°-90.5° E. Всего было обработано 22 землетрясения с магнитудами mb = 4.0 ^ 5.9 (рисунок 1) и диапазоном эпицентральных расстояний от 877 км до 1406 км. На рисунке 2 представлена гистограмма распределения эпицентральных расстояний для тектонических землетрясений из района и вблизи полигона Лобнор.

Обработаны записи 8 ПЯВ 1992-1996 гг. с магнитудами mb = 4.9 ^ 6.5 (рисунок 1) и диапазоном эпицентральных расстояний от 1003 км до 1246 км. На рисунке 3 представлена гистограмма распределения эпицентральных расстояний для ПЯВ (подземных ядерных взрывов), произведённых на полигоне Лобнор и зарегистрированных станциями сети KNET. Следует отметить, что станции KNET находятся в узком диапазоне азимутов Az=87.7^94.7.

На рисунке 4 представлены примеры сейсмограмм ПЯВ 1996-06-08 в 02:55:57.98, ф = 41.657°N, X = 88.690°E, mb= 5.9 [2] и тектонического землетрясения из района полигона1999-01-30 в 03:51:05.42, ф = 41.674°N, X = 88.463°E, Mw = 5.5 [2].

Рисунок 1. Карта расположения станций KNET (треугольники), ПЯВ (звёздочки), землетрясений (кружки).

Рисунок 2. Гистограмма распределения эпицентральных расстояний для тектонических землетрясений из района и вблизи полигона Лобнор.

Рисунок 3. Гистограмма распределения эпицентральных расстояний для ПЯВ, произведённых на полигоне Лобнор.

Рисунок 4. Сейсмограммы: а) ПЯВ 1996-06-08 в 02:55:57.98, ф = 41.657°^ Х= 88.690°Е, тЬ = 5.9; б) тектонического землетрясения из района полигона 1999-01-30 в 03:51:05.42, ф = 41.674°^ X = 88.463°Е, Mw = 5.5.

Сейсмические записи предварительно были отфильтрованы с использованием узкополосных фильтров с центральными частотами 0.6, 1.25, 2.5, 5.0 Гц и полосой пропускания 2/3 октавы на уровне -3 Дб от максимума [3-6] (рисунок 5). Общий частотный диапазон определялся характеристиками аппаратуры, магнитудой и эпицентральными расстояниями. За пределами этого диапазона отношение сигнал/шум не позволяло проводить измерения.

Были замерены максимальные амплитуды в волнах Рп, Pg, Sn, Lg и для анализа были использованы десятичные логарифмы отношений амплитуд lg(ASn/APn) (для краткости Sn/Pn), lg(ALg/APg) (для краткости Lg/Pg), замеренные на 2-компоненте.

-channel 1 -channel 2-channel 3-channel 4-channel 5

Рисунок 5. Частотные характеристики узкополосных каналов ЧИСС.

По станции AAK были обработаны сейсмограммы 6 ПЯВ на эпицентральных расстояниях А = 1146 ^ 1182 км и 19 тектонических землетрясений (А = 1034 ^ 1347 км). Анализ, проведённый для станции AAK, показал, что хорошее разделение параметров наблюдается для отношений амплитуд Sn/Pn и Lg/Pg на частотах 2.5, 5.0 Гц.

По станции AML были обработаны записи 4 ПЯВ (А = 1243 ^ 1246 км) и 18 тектонических землетрясений (А = 1066 ^ 1409 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц только для параметра Lg/Pg.

По станции CHM были обработаны записи 6 ПЯВ (А = 1126 ^ 1162 км) и 20 тектонических землетрясений (А = 991 ^ 1331 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц только для параметра Lg/Pg.

По станции EKS2 были обработаны записи 6 ПЯВ (А = 1205 ^ 1241 км) и 21 тектонических землетрясений (А = 1054 ^ 1406 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц как для Sn/Pn, так и для Lg/Pg.

По станции KBK были обработаны записи 6 ПЯВ (А = 1109 ^ 1145 км) и 21 тектоническое землетрясение (А = 959 ^ 1311 км). На рисунке 6 представлены распределения значений Sn/Pn и Lg/Pg для взрывов и землетрясений из района испытательного полигона Лобнор. Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц как для Sn/Pn, так и для Lg/Pg.

Для сейсмической станции KZA были обработаны записи 5 ПЯВ (А = 1085 ^ 1119 км) и 18 тектонических землетрясений (А = 940 ^ 1281 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц только для параметра Lg/Pg.

По станции TKM2(TKM) были обработаны записи 5 ПЯВ (А = 1057 ^ 1116 км) и 20 тектонических землетрясений (А = 923 ^ 1262 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц как для Sn/Pn, так и для Lg/Pg.

По станции UCH были обработаны записи 3 ПЯВ (А = 1145 ^ 1179 км) и 17 тектонических землетрясений (А = 998 ^ 1342 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц как для Sn/Pn, так и для Lg/Pg.

По станции иЬНЬ были обработаны записи 4 ПЯВ (А = 1003 ^ 1036 км) и 20 тектонических землетрясений (А = 877 ^ 1201 км). На рисунке 7 представлены распределения значений Бп/Рп и Lg/Pg для взрывов и землетрясений из района испытательного полигона Лобнор. Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц как для Бп/Рп, так и для Lg/Pg.

По станции иБР были обработаны записи 5 ПЯВ (А = 1148 ^ 1185 км) и 19 тектонических землетрясений (А = 994 ^ 1355 км). Хорошее разделение параметров наблюдается на частотах 2.5, 5.0 Гц для Lg/Pg и на частоте 5 Гц для параметра Бп/Рп.

Бп/Рп 1.5-,

1.0 ■

0.5-

0.0

-0.5

-1.0-

-1.5 ■

Ни

а)

Ьд/Рд

1.2 1.0 0.8 -| 0.6 0.4-1 0.2 0.0 -| -0.2 -0.4-1 -0.6 -0.8 -| -1.0 -1.2

о о о

о х X

Ни

б)

Рисунок 6. Распределение значений: а) Бп/Рп и б) Lg/Pg для взрывов (крестики) и землетрясений (кружки) из района испытательного полигона Лобнор, канал 2, станция КВК.

а)

б)

Sn/Pn

1.5 -,

1.0 -

0.5 -

0.0 -

-0.5 -

-1.0 -

-1.5

1.2 -1.0 -0.8 -0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 --0.4 --0.6 --0.8 --1.0 --1.2

—I-1-Г~

Lg/Pg

о о о

-1-1-Г-

Hz

Hz

Рисунок 7. Распределение значений: а) Sn/Pn и б) Lg/Pg для взрывов (крестики) и землетрясений (кружки) из района испытательного полигона Лобнор, канал Z, станция ULHL.

Заключение

Проведён детальный анализ короткопериодных волновых полей для сейсмических событий из района испытательного полигона Лобнор (КНР). Рассматривались спектральные отношения Sn/Pn, Lg/Pg, замеренные для октавных фильтров с центральными частотами 0.6, 1.25, 2.5, 5.0 Гц.

В результате исследований выявлено, что станции сети KNET можно успешно использовать для сейсмического распознавания подземных ядерных взрывов (ПЯВ) и

землетрясений для района полигона Лобнор. Наилучшим параметром распознавания являются спектральные отношения Lg/Pg для фильтров с центральными частотами 2.5 и 5.0 Гц. Параметр Бп/Рп эффективен для станций ААК, ЕКБ2, КВК, ТКМ2, иСН.

Созданная в процессе работ база данных записей подземных ядерных взрывов (ПЯВ) может успешно использоваться для калибровки сейсмических станций Кыргызстана, а также для построения региональных годографов.

Литература

1. Vernon F. Kyrghizstan seismic telemetry network. IRIS Newslett / F.Vernon. -1992. - Vol. 11, № 1. - Р. 7 - 9.

2. Электронный ресурс: https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search.

3. Копничев Ю.Ф., Шепелев О.М., Соколова И.Н. Распознавание ядерных взрывов и землетрясений на региональных расстояниях для полигона Лобнор. // Геофизика и проблемы нераспространения. Вестник НЯЦ РК, вып.2, 2000, с.65-77.

4. Копничев Ю.Ф, Шепелев О.М., Соколова И.Н. Исследования по сейсмическому распознаванию подземных ядерных взрывов на полигоне Лобнор. // Физика Земли, № 12, 2001, с.64-77.

5. Соколова И.Н. Распознавание подземных ядерных взрывов и землетрясений на региональных расстояниях //Российский геофизический журнал. Санкт-Петербург, № 35-36, 2004.

6. Соколова И.Н., Михайлова Н.Н. О сейсмическом событии 6 января 2016 года в районе Северной Кореи // Вестник АО КАЗНИИСА.Наука. 2016. N 3. С.30-39.

Рецензент: к.ф.-м.н. Фролова А.Г.