CC BY
28УДК 550.344 Абдрахматов К.Е., Берёзина А.В.,
Першина Е. В., Мозолева Е. Л.
Институт сейсмологии НАН КР, г.Бишкек, Кыргызстан
СИСТЕМА СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ТЕРРИТОРИИ
КЫРГЫЗСТАНА
Аннотация: В статье представлены основные этапы развития системы сейсмического мониторинга Института сейсмологии НАН КР, особенности используемых сейсмических сетей и оценка качества их работы.
Ключевые слова: система сейсмического мониторинга, сеть сейсмических станций, землетрясение, сейсмограф, сейсмический шум, ядерный взрыв.
КЫРГЫЗСТАНДЫН АЙМАГЫНЫН СЕЙСМИКАЛЫК МОНИТОРИНГ
СИСТЕМАСЫ
Кыскача мазмуну: Аталган иште КР УИАнын Сейсмология институтунун сейсмикалык мониторинг системасынын eнYГYYCYHYн негизги баскычтары, пайдаланылып жаткан сейсмикалык тYЙYндeрдYн eзгeчeлYктeрY жана алардын ишинин сапатына баа 6epYY берилген.
Туйундуу сездер: сейсмикалык мониторинг тутуму, сейсмикалык станциялар тYЙYHY, жер титирee, сейсмограф, сейсмикалык чуу, ядролук жардыруу.
SYSTEM OF SEISMIC MONITORING OF THE TERRITORY OF KYRGYZ
REPUBLIC
Abstract: The basic stages of development of system of seismic monitoring of Institute of seismology NAS KR, the features of seismic networks used for data processing in Kyrgyz NDC and the estimation of quality of their operation are presented in the paper.
Key words: system of seismic monitoring, seismic network, station, earthquake, seismograph, seismic noise, nuclear explosion.
Географически Кыргызстан расположен в пределах Тянь-Шаньского орогена, который на современном этапе характеризуется активной тектонической деятельностью, проявляющейся, в том числе и в высоком уровне сейсмической активности (диаграмма 1). Ежегодно здесь регистрируется в среднем около 5 тысяч землетрясений (рисунок 1), из которых несколько десятков являются ощутимыми.
Кроме того, следует отметить, что на территории Кыргызстана периодически происходят сильные разрушительные землетрясения. Так только за последние, приблизительно 120 лет, здесь произошли три землетрясения с магнитудой М > 8.0, девять - с магнитудой М > 7. В связи с этим, сейсмический мониторинг был и остаётся одной из самых актуальных задач для Республики, имеющее как научное, так и практическое значение. Полученные при этом корректные исходные данные и их научный анализ являются основой для оценки сейсмической опасности исследуемой территории и, как следствие, планирования соответствующих превентивных мер, тем более, что очаговые зоны сильных, разрушительных землетрясений (Беловодское, Кебинское, Суусамырское) проходили и проходят через наиболее густонаселённые районы, включая столицу Кыргызстана - г. Бишкек.
•••••••••
К. 4 $ Л 7 Я 0 10 I! 12 77
№ М9 2678 3067 1521 441 127 56 25 8 г I 1 9346
20130101-20131231
Рисунок 1. Карта эпицентров землетрясений Кыргызстана с К > 4.0 за 2013 г. (К =9346).
6000
5000
| 4000
е-
| 3000
(I)
о
Р
й 2000
т §
* 1000
5249
4060
2891
Ш
/
2011
2012
2013
Диаграмма 1. Количество землетрясений с К >5.6 за период с 2011 по 2013 гг.
Инструментальные наблюдения за сейсмичностью на территории Кыргызстана ведутся с 1927 г. - с момента открытия первой сейсмической станции «Фрунзе» («Бишкек»), где был установлен сейсмограф с прямой оптической регистрацией, разработанный П.М. Никифоровым (рисунок 2). В 1950 году начали свою работу пункты наблюдений "Нарын", "Пржевальск" и "Рыбачье". Станции "Фрунзе", "Нарын" и "Пржевальск" были включены в сеть ЕССН СССР (Единая Система Сейсмических Наблюдений СССР) и на них дополнительно были установлены широкополосные приборы СКД.
Рисунок 2. Сейсмограф с прямой оптической регистрацией, разработанный П.М.
Никифоровым, установленный на станции «Фрунзе» ИС НАН КР (1927 - 1950 гг., NS, EW компоненты).
В 1969 году в Кыргызстане начинается создание собственной региональной сети, которое было завершено к середине 80-х годов. Сеть состояла из 34 стационарных станций, равномерно распределённых по территории Кыргызстана (рисунок 3). На всех станциях была установлена стандартная аппаратура Кирноса СКМ-3 с увеличением 20000 и СКД с увеличением 1000 (рисунок 4). Кроме стационарных станций на территории Кыргызстана в разные периоды времени организовывались временные локальные сети, которые, в зависимости от поставленных задач, размещались на небольших территориях в целях оценки сейсмической опасности, для исследования афтершоковых зон сильных землетрясений и т.д. [6].
Рисунок 3. Сеть аналоговых станций ИС НАН КР.
Рисунок 4. Сейсмограф Кирноса СКМ-3 с увеличением 20000 и пример полученной сейсмограммы.
В 1990 г., благодаря содействию Консорциума IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology, США), на территории Республики была установлена первая цифровая сейсмическая станция Ала-Арча (AAK). В 1991 году на территории Чуйской впадины и её горного обрамления (так называемый Бишкекский прогностический полигон) были установлены десять цифровых станций с телеметрической системой передачи данных в режиме реального времени в центры сбора и обработки данных в г. Бишкек (Кыргызстан) и г. Сан-Диего (Калифорния, США). Эта первая сеть цифровых станций на территории Кыргызстана известна мировому сейсмологическому сообществу как KNET (Kyrgyzstan Telemetered Network). Благодаря тщательному выбору места расположения станций с точки зрения геологии и характеристик сейсмического шума, все станции данной сети системы являются высокочувствительными как к локальным, так и региональным событиям (рисунок
5).
all stations, Z component aak
-AML
period (seconds)
Рисунок 5. Спектральная плотность сейсмического шума по данным станций сети KNET. Ночное время.
Рисунок 6. Карта расположения сейсмических станций (чёрные треугольники - сеть KRNET, белые - сеть KNET).
В 2007 году, в рамках сотрудничества Организации Договора о Всеобъемлющем Запрещении Ядерных Испытаний (ОДВЗЯИ (CTBTO)), Сейсмологическая Служба Норвегии, NORSAR, при поддержке Министерства Иностранных Дел Норвегии предоставила Институту сейсмологии Национальной Академии наук Кыргызской Республики (ИС НАН КР) 10 цифровых широкополосных станций, большая часть которых была установлена в южной части Кыргызстана, характеризующейся повышенной сейсмической активностью. В 2009 г. новая сеть станций была зарегистрирована в Международной Федерации Цифровых Сейсмографических Сетей (FDSN) как KRNET (Kyrgyz Republic Digital Network). На данный момент сеть KRNET состоит из 16 цифровых широкополосных сейсмических станций (рисунок 6, таблица 1), из которых данные 14 станций в реальном времени передаются в IRIS/DMC (www.iris.edu) (диаграмма 2) [1].
Диаграмма 2. Объём скачиваемых в FDSN данных сети KRNET в гигабайтах (Gb).
Следует отметить, что для проведения научных исследований c использованием новых данных необходимо было провести предварительный анализ качества работы новых цифровых сейсмических станций, оценку чувствительности сети ^НКВ^ и т.д. Изучение динамических характеристик сейсмического шума является необходимым этапом в проведении подобных исследований, так как оно позволяет вести мониторинг состояния регистрирующей аппаратуры, обеспечивает выявление изменений, связанных с аппаратурными сбоями, и своевременное устранение неполадок. На уровень сейсмического шума существенным образом влияют условие размещения аппаратуры, геологическая характеристика пород фундамента, наличие антропогенных помех, а так же природные факторы: естественная сейсмичность, реки, крупные озера и так далее.
Структура микросейсмических помех изучалась путём построения спектров плотности сейсмического шума по трём компонентам всех станций KRNET. В результате проведённого анализа по своим характеристикам станции сети KRNET подразделены на три группы [3]. Так станции, установленные на осадочных породах в больших городах Бишкек, Ош, Баткен, обладают высоким уровнем сейсмического шума, близким к верхнеуровневой модели Петерсона. Для этих станций наблюдается большая разница между дневным и ночным шумом, достигающая 10 дБ. Безусловно, эти станции уступают по чувствительности и дальности регистрации, установленным на коренных породах, вдали от населённых пунктов станциям. Однако станции, расположенные в крупных городах, чрезвычайно важны для изучения сейсмического режима больших городов и позволяют быстро реагировать на ощутимые в этих городах землетрясения [5].
Другая группа станций, а именно "Ананьево", "Арал", "Эркин-Сай", имеет среднюю чувствительность, так разница между дневным и ночным уровнем сейсмического шума достигает 5 дБ. Кроме того, на станции "Ананьево", расположенной вблизи озера Иссык-Куль, на характеристики сейсмического шума в большой степени влияют его штормовые микросейсмы [4].
Уровень сейсмического шума для станций "Арсланбоб", "Боом", "Суфи-Курган", "Нарын" и "Манас" в рабочем диапазоне периодов является близким к нижнеуровневой модели Петерсона.
Разница уровня сейсмического шума в дневное и ночное время несущественна. На рисунке 7 приведена для сравнения спектральная плотность сейсмического шума по z-компоненте для разных станций сети KRNET для ночного времени суток. Видно, что самый низкий уровень сейсмических шумов наблюдается на станции " Манас", что определяет её высокую эффективность для сейсмического мониторинга. В целом, для большинства станций сети, кроме уставленных на осадочных породах в больших городах (Бишкек, Ош, Баткен), характерен низкий уровень шумов, близкий к нижнеуровневой модели Петерсона.
Таким образом, практически все станции сети KRNET также являются высокочувствительными как к локальным, так и региональным событиям. К тому же новые станции вместе со станциями сети KNET, расположенными на севере и северо-западе Республики, обеспечили хорошее покрытие территории и позволили значительно улучшить точность локализации сейсмических событий региона. Это позволяет успешно использовать эту сеть в рамках национального и международного мониторинга землетрясений.
Z компонента, ночное время
-90 -100 -110 ? -120 ? -130 с! -140 - -150 | -160 I -170 Й -180 I -190
ANVS
ARK
ARLS
ARSB
BOOM
BTK
EKS
MNAS
NRN
SFK
Рисунок 7. Спектральная плотность сейсмического шума по данным станций сети КЯКЕТ. Ночное время.
Также следует отметить, что одним из преимуществ сейсмических станций, функционирующих на территории Кыргызстана, является то, что они расположены на региональных расстояниях относительно всех испытательных полигонов Центральной Азии (Семипалатинский испытательный полигон, Лобнор, Похаран, Чагай, мирные ядерные взрывы на территории СССР) (рисунок 8), что позволяло и позволяет эффективно использовать данные станции при мониторинге различных взрывов.
■ *
50' 60' 70' 80' 90'
Рисунок 8. Карта расположения сейсмических станций (белые треугольники) Кыргызстана относительно произведённых ядерных (красные звёздочки) и сильных химических взрывов (сиреневые звёздочки).
Таким образом, новая сеть сейсмических станций ККЫЕТ открывает новые возможности для регионального и международного сотрудничества, так как обеспечивает материальную базу для научных исследований не только учёных нашей Республики, но и всего мирового научного сообщества.
Таблица 1
Цифровые сейсмические станции сетей «KNET» и «KRNET»
№ Станция Координаты Сеть
Название Код Lat Lon Н (м)
1. Ананьево ANVS 42.78611 77.66722 1864 KRNET
2. Арал ARLS 41.85444 74.32889 1526 KRNET
3. Аркит ARK 41.80000 71.96667 1420 KRNET
4. Арсланбоб ARSB 41.33 72.97 1378 KRNET
5. Баткен BTK 40.05750 70.81805 980 KRNET
6. Бишкек FRU1 42.83333 74.61667 929 KRNET
7. Боом BOOM 42.49222 75.94222 1737 KRNET
8. Каджи-Сай KDJ 42.12722 77.19444 1830 KRNET
9. Каракол PRZ 42.50000 78.40000 1835 KRNET
10. Карамык DRK 39.48333 71.80444 2627 KRNET
11. Нарын NRN 41.42222 75.97000 2120 KRNET
12. Ош OHH 40.5244 72.7847 1001 KRNET
13. Талас MNAS 42.48944 72.50667 1465 CAREMON
14. Токтогул TOKL 41.98333 72.86806 1097 KRNET
15. Суфи-Курган SFK 40.01667 73.50250 2080 CAREMON
16. Алмалы-Ашуу AML 42.1310 73.6940 3400 KNET
17. Ала-Арча AAK 42.6375 74.4943 1648 KNET
18. Чумыш CHM 42.9985 74.7511 655 KNET
19. Эркин-Сай EKS2 42.6615 73.7772 1360 KNET
20. Карагай-Булак KBK 42.6563 74.9477 1760 KNET
21. Кызарт KZA 42.0777 75.2495 3520 KNET
22. Токмок TKM2 42.9207 75.5965 2020 KNET
23. Учтор UCH 42.2275 74.5133 3850 KNET
24. Улахол ULHL 42.2455 76.2417 2040 KNET
25. Успеновка USP 43.2668 74.4997 740 KNET
Литература
1. Абдрахматов К.Е., Берёзина А.В. Развитие сейсмического мониторинга в Кыргызстане. // Вестник НЯЦ РК, Выпуск 3, 2010, Курчатов, Казахстан, с. 17-22.
2. Берёзина А.В., Соколова И.Н., Мозолева Е.Л., Никитенко Т.В., Рагульская А.К. Изучение динамических характеристик сейсмического шума по данным сети KRNET. Вестник НЯЦ РК. Выпуск 1, 2012 г.
3. Jon Peterson, Observation and Modeling of Seismic Background Noise. Open-File Report 93-322, Albuquerque, New Mexico, 1993 year, 42 pp.
4. Соколова И.Н., Михайлова Н.Н. Влияние озера Иссык-Куль на эффективную чувствительность сейсмических сетей центрального Тянь-Шаня.// Прогноз землетрясений, оценка сейсмической опасности и сейсмического риска Центральной Азии. // Сб. докл. 7-го Казахстанско-Китайского Международного Симпозиума 2-4 июня 2010 г. Алматы; «Эверо», 2010. - С. 363-366.
5. Соколова И.Н., Михайлова Н.Н. О характеристиках сейсмического шума на периодах, близких к 1.7 с, по данным станций Северного Тянь-Шаня. // Вестник НЯЦ РК. - 2008. - Вып. 1. - Стр. 48-53.
6. Кальметьева З. А., Чеховская Р. А. Сейсмический мониторинг Тян-Шаня по данным аналоговой сети и возможность использования данных IMS и NDC. // Вестник НЯЦ РК, Выпуск 2, 2007, Курчатов, Казахстан, с. 108-111.
