CC BY
57
УДК 550.311
МОРОЗОВ Алексей Николаевич, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории экологической сейсмологии и геохимии Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 14 научных публикаций
ФРАНЦУЗОВА Валентина Ивановна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической сейсмологии и геохимии Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 55 научных публикаций
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ СТАНЦИЯМИ АРХАНГЕЛЬСКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ СЕТИ
Проведена оценка чувствительности сейсмических станций на основе данных о землетрясениях мира, зарегистрированных в течение 4 лет эксплуатации Архангельской сейсмической сети. Выявлено пространственное распределение чувствительности при регистрации землетрясений для разных диапазонов эпицентральных расстояний и азимутов, уточнены данные о технических параметрах регистрации сейсмических станций.
Чувствительность пунктов регистрации, сейсмические станции, магнитуда, эпицентральное расстояние
Введение. Известно, что инструментальная оснащенность зарубежных фенноскандп-навских сетей чрезвычайно высока, их количественное соотношение с российскими, функционирующими на Европейском Севере России, показывает недостаточную обеспеченность сейсмологических исследований в нашем регионе качественным материалом. Наряду с этим нарастание в последнее время техногенных воздействий на геодинамику геологической среды увеличивает сейсмический риск на территории Архангельской области, насыщенной огромным количеством экологически опасных объектов, таких как крупные промышленные объекты: судоремонтные заводы, целлюлознобумажные и лесоперерабатывающие комбинаты; промышленные карьеры; нефте- и газопроводы; космодром «Плесецк»; ядерный полигон на о. Новая Земля, что требует созда-
ния систем сейсмического контроля над техногенными процессами и проведения на их основе сейсмомониторинга территории региона [1,2].
Проблема сейсмического контроля включает в себя несколько частных задач, из которых первоочередной является регистрация сейсмических событий. При этом предъявляются специфические требования к аппаратуре, организации сети станций, методике обработки данных. При организации сети наблюдений важно оценить эффективность регистрации сейсмических событий, зависящую как от мест установки станций (геологических условий под станциями) и конфигурации сети относительно регистрируемых событий, так и от наличия (интенсивности) микросейсмического фона, рассматриваемого как помеха, что, в конечном счете, отражается на качестве записи и возможности ее интерпретации.
Проблема разработки теоретических и методических основ оценки магнитудной чувствительности пунктов регистрации сейсмических событий, магнитудой (т) оценивается энергия этих событий, возникла в 60-е и была решена в 80-е годы прошлого столетия в связи с необходимостью идентификации ядерных взрывов сейсмическими методами [3].
Эта технология использована нами для оценки эффективности регистрации сейсмических событий станциями организованной в 20042007 годах Архангельской сети (рис. 1).
36° 40° 44° 48°
О-информационно- С ] -карьеры
обрабатывающий
центр
Д -цифровые станции действующие
Рис. 1. Карта расположения сейсмических станций Архангельской сети
2. Метод оценки чувствительности сейсмических станций. Суть методики [3] заключается в построении кривой чувствительности:
^0,5 = Ю0>5(Д), (1)
где т0 5 - значение магнитуды, при которой вероятность обнаружения события с данной магнитудой в заданных условиях равна 0,5;
Д - эпицентральной расстояние.
Кривая чувствительности (1) позволяет достаточно хорошо судить о способности станции обнаруживать сейсмические сигналы от источников, находящихся на различных эпицентраль-
ных расстояниях. Относительная гладкость кривой свидетельствует об отсутствии в районе регистрирующей станции заметных неоднородностей в строении среды. Изрезанность же кривой чувствительности говорит о чередовании зон фокусировки сейсмических лучей в районе станции.
Методика позволяет получить при достаточно представительном материале и более сложные поля с учетом азимута (Аг) на эпицентр:
то,5 = т0 5(А, Аг). (2)
Данная кривая может являться своеобразным паспортом сейсмической станции.
Следует отметить, что на надежность оценки построения указанных кривых, в свою очередь, влияют многие факторы, такие как энергетический уровень микросейсмических помех, изменение чувствительности аппаратуры, быстрые и медленные вариации амплитуды микро-сейсм, магнитудные отклонения для разных регионов, представительность событий в региональных каталогах и др. [3].
3. Построение кривых чувствительности и обсуждение результатов. Расчеты кривых чувствительности (1) и (2) проведены для сейсмических станций (с/с) «Климовская (КЬМ)», «Пермогорье (РЯС)», «Тамица (ТМС)», «Архангельск (АЯН)», оснащенных широкополосной и короткопериодной цифровой аппаратурой [4]. Для этого использовался каталог зарегистрированных на станциях землетрясений как минимум за годовой цикл наблюдений, во-первых, чтобы иметь достаточно представительный объем исходных данных, и, во-вторых, чтобы средний уровень помех за период наблюдений с равным весом отражал все сезоны года. При этом отсеивались землетрясения с глубиной более 70 км, чтобы при вычислении расстояния от эпицентра события до сейсмической станции не учитывать глубину источника. Затем для нахождения величины магнитуды т0 5 с шагом 200 км станционный каталог сравнивался с каталогом Геофизической службы РАН и строилась кривая чувствительности (1), представленная на рис. 2.
Рис. 2. Кривые чувствительности построенных для сейсмических станций: а - «КЬМ»; б - «ТМС»; - «РЯС», г - «АКН»
Графики на рис. 2 позволяют уточнить чувствительность разных станций для сейсмических событий, регистрируемых на разных эпи-центральных расстояниях, которая характеризуется следующими значениями магнитуды т05 для разных расстояний Д: Aj = 800-3000 км и Д2> 9000 км значения т05 равны соответственно на с/с «KLM» - 3,7-4,25; 5,0-5,9; на с/с «PRG» - 3,7-4,1; 4,9-5,8; с/с «ТМС» 4,24,8; 5,4-6,0; с/с «ARH» - 4,9; 5,4-6,1. Для Д = 8000-9000 км - для с/с «KLM» т05 = 4,85,2; «PRG» - 4,9-5,6; «ТМС» - 5,2-5,8.
Максимальная чувствительность отмечается для с/с «KLM» и «PRG» на региональных расстояниях (Д >2000 км) в пределах значений 3,7-4,0, т.е. в этом диапазоне эпицентральных расстояний магнитудная представительность всей сети равна 4,0, что отмечалось ранее [5].
Площадное распределение чувствительности для с/с «KLM», «PRG», «ТМС» и «ARH» по формуле (2) с шагом 20° представлено на рис. 3. Оно позволяет нам получить представление о возможностях регистрации конкретной станцией землетрясений из разных эпицентраль-
ных зон. Отметим следующие закономерности в распределении чувствительности т0>5 (Д, Аг);
• значения плавно возрастают с увеличением Д в пределах всего рассматриваемого диапазона Аг (0°-360°), однако их величины для всех станций меньше в пределах азимутального створа 0°-180°, т.е. минимальный порог магнитуд, с которых все станции регистрируют землетрясения из эпицентральных зон, находящихся от сейсмических станций в азимутальном створе 0°-180°, на 0,6-0,7 единиц меньше, чем для зон, находящихся в азимутальном створе 180°-360°;
• наименьшие значения да05(Д, Аг) отмечаются для с/с «КЬМ», особенно в азимутальном створе Аг = 0°-180°, где чувствительность станции определяется минимальными значениями магнитуды 3,7-4,0;
• всеми станциями наилучшим образом регистрируются землетрясения с т =5,0 практически во всем диапазоне эпицентральных расстояний (Д = 3000-17000 км); однако в пределах региональных расстояний (Д < 3000 км) регистрируются сейсмические событий с т =4,0;
Рис. 3. Карта распределения функции (2) в зависимости от эпицентрального расстояния и азимута подхода сейсмических волн для сейсмических станций: а - «КЪМ»; б - «ТМС»; в - «РЯС», г - «АКН»
• для землетрясений из эпицентральных зон, находящихся западнее сейсмической сети (Аг = 180°-360°), наблюдаются случаи повышения уровня чувствительности, что может свидетельствовать о наличии каналов, благоприятных для распространения сейсмических волн. Например, для с/с «КЬМ» таких каналов два: Д = 8000-9000 и 13000-15000 км; для с/с «РЯС» они наблюдаются на Д = 9000-10000 км и 13000-17000 км.
4. Выводы. Расчеты функций (2) и (3) позволили оценить чувствительность четырех сейсмических станций Архангельской сети и выявить ее пространственное распределение при регистрации землетрясений мира для разных диапазонов эпицентральных расстояний и
азимутов и уточнить данные о технических параметрах регистрации этих станций.
Установлена большая чувствительность станции «КЬМ» по сравнению с другими станциями, особенно для эпицентральных зон, находящихся в азимутальном створе 0°-180°, что объясняется наличием на этой станции двух комплектов (широкополосной и короткопериодной) аппаратуры, благоприятными геологическими условиями под станцией и меньшим техногенным воздействием на геологическую среду в пределах станции.
Сформирована компьютерная база данных о характеристиках сейсмической сети, столь необходимая при разработке методики проведения сейсмомониторинга на территории Архангельского региона.
Список литературы
1. Юдахин Ф.Н., Французова В.И. О необходимости создания сети сейсмического мониторинга в северных регионах России II Вестн. УрО РАН. 2006. № 2(16). С. 25-35.
2. Их же. Сейсмическая сеть наблюдений - основа геодинамического мониторинга территории Архангельской области II Активные геологические и геофизические процессы в литосфере. Методы, средства и результаты изучения: материалыXII междунар. конф. Воронеж, 2006. Т. 2. С. 288-293.
3. Отчет комплексной сейсмологической экспедиции ИФЗ АН СССР «Талгар» II Г.И. Аксенович, Л.В. Антонова, Ф.Ф. Аптикаев и др. 1988.
4. Создание Архангельской сейсмической сети// Ф.Н. Юдахин, О.Е. Старовойг, В.И. Французова и др. //Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде Северных регионов: материалы Всеросс. конф. с междунар. участием. Архангельск, 2004. Т. II. С. 414-418.
5. Французова В.И., Ваганова Н.В. Обобщение результатов мониторинга, проводимого Архангельской сетью сейсмических наблюдений II Современные методы обработки интерпретации сейсмологических данных: материалы II междунар. сейсмол. школы. Пермь, 2007. С. 189-193.
Morozov Alexey, Frantsuzova Valentina
EFFICIENCY ESTIMATION OF SEISMIC EVENT REGISTRATION BY THE ARKHANGELSK SEISMIC STATIONS
Sensitivity estimation carried out for the seismic stations is based on the world earthquakes registered during the four years of the Arkhangelsk seismic network exploitation. Spatial sensitivity distribution for different ranges of epicentral distances and azimuths during the earthquake registrations is ascertained; technical data of the seismic station registrations are specified.
Контактная информация: Морозов Алексей Николаевич e-mail: [email protected] Французова Валентина Ивановна e-mail: [email protected]
Рецензент-Шварцман Ю.Г., доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры географии и геоэкологии, директор Центра экологических исследований Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова
