Особенности микросейсм озера Байкал по данным сети сейсмических станций
- Авторы: Беседина А.Н.1,2, Тубанов Ц.А.1, Предеин П.А.1, Санжиева Д.П.1, Иванченко Г.Н.1,2
-
Учреждения:
- Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН
- Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН
- Выпуск: № 3 (2024)
- Страницы: 30-50
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3337/article/view/658180
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333724030041
- EDN: https://elibrary.ru/AKEJZI
- ID: 658180
Цитировать
Полный текст



Аннотация
Проведено исследование особенностей микросейсмического фона по данным сети сейсмических станций, расположенных в центральной части Байкальского рифта. Вероятностный подход позволил детально изучить картину суточных вариаций микросейсм и проанализировать амплитудный уровень и частотный состав пространственных аномалий и временных периодичностей (сезонные и годовые изменения фона). На основе данных за 2020–2021 гг. построена региональная вероятностная модель микросейсмического фона в широком диапазоне периодов.
Исследование микросейсм в полосе частот около 1 Гц позволило выделить на фоне глобального минимума спектра мощности микросейсмического шума сезонную аномалию, которая наблюдается в период с мая по декабрь на сейсмостанциях, окружающих озеро Байкал, за исключением северной части озера. Направление обратного азимута в исследуемом диапазоне частот указывает на акваторию озера, что позволяет идентифицировать эти колебания как озерные микросейсмы. Высокие значения функции когерентности свидетельствуют о наличии линейной связи между скоростью ветра и возникновением озерных микросейсм. Детальный анализ спектральных и поляризационных параметров микросейсмического шума позволил выделить два типа озерных микросейсм с частотами 0.4–0.7 Гц и 0.7–1.5 Гц. Можно предположить, что первый диапазон частот соответствует одночастотным озерным микросейсмам, в то время как второй интервал содержит диапазоны двухчастотных микросейсм.
Полный текст

Об авторах
А. Н. Беседина
Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН; Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: besedina.a@gmail.com
Россия, Улан-Удэ; Москва
Ц. А. Тубанов
Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН
Email: besedina.a@gmail.com
Россия, Улан-Удэ
П. А. Предеин
Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН
Email: besedina.a@gmail.com
Россия, Улан-Удэ
Д. П.-Д. Санжиева
Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН
Email: besedina.a@gmail.com
Россия, Улан-Удэ
Г. Н. Иванченко
Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН; Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН
Email: besedina.a@gmail.com
Россия, Улан-Удэ; Москва
Список литературы
- Аргучинцева А.В., Кочугова Е.А., Михеева А.В. Характеристики ветра над Байкалом // Вестник Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле. 2020. Вып. 33. С. 21–32. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2020.33.21
- Арсеньев С.А., Рыкунов Л.Н., Шелковников Н.К. Нелинейная генерация второй гармоники длинной волной на шельфе // Докл. АН СССР. 1990. Т. 314. № 4. С. 821–824.
- Арсеньев С.А., Шелковников Н.К. Происхождение микросейсм и их влияние на земную кору // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2006. № 2. С. 62–65.
- Атлас волнения и ветра озера Байкал / Г.В. Ржеплинский, А.И. Сорокина (ред.). Л.: Гидрометеоиздат. 1977. 117 с.
- Байкал. Атлас / Г.И. Галазий (ред.). М.: Федеральная служба геодезии и картографии России. 1993. 160 с.
- Беседина А.Н., Тубанов Ц.А. Микросейсмы как инструмент геофизических исследований. Состояние вопроса // Вулканология и сейсмология. 2023. № 2. С. 12–32. https://doi.org/10.31857/S0203030623700116.
- Голицын Г.С. Энергетический цикл ветровых волн на поверхности океана // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2010. Т. 46. № 1. С. 10–18.
- Государственная геологическая карта Российкой Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Ангаро-Енисейская. Лист N-48. Иркутск. Объяснительная записка. СПб.: Картфабрика ВСЕГЕИ. 2009. 574 с.
- Горбатиков А.В., Барабанов В.Л. Опыт использования микросейсм для оценки состояния верхней части земной коры // Физика Земли. 1993. № 7. С. 85–90.
- Добрынина А.А., Саньков А.В., Шагун А.Н. Сезонные вариации амплитудно-частотных характеристик микросейсмических колебаний по данным сейсмических станций байкальской сети // Изв. СО Секции наук о Земле РАЕН. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. 2018. Т. 41. № 3. С. 22–34.
- Иванченко Г.Н., Горбунова Э.М., Черемных А.В. Некоторые возможности линеаментного анализа при картировании разноранговых разломов (на примере Прибайкалья) // Исследование Земли из космоса. 2022. № 3. С. 66–83.
- Кабатченко И.М., Введенский А. Р., Литвиненко Г.И. Моделирование волнения в экстремальных штормах Черного моря // Труды Государственного океанографического института. 2015. № 216. С. 209–220.
- Кислов К.В., Гравиров В.В. Исследование влияния окружающей среды на шум широкополосной сейсмической аппаратуры // Вычислительная сейсмология. Вып. 42. М.: КРАСАНД. 2013. 240 с.
- Кишкина С.Б., Спивак А.А. Проявление резонансных свойств земной коры в микросейсмических колебаниях // Докл. РАН. 2003. № 4. С. 543–545.
- Королева Т.Ю., Яновская Т.Б., Патрушева С.С. Использование сейсмического шума для определения структуры верхней толщи Земли // Физика Земли. 2009. № 5. С. 3–14.
- Леви К.Г., Бабушкин С.М., Бадардинов А.А., Буддо В.Ю., Ларкин Г.В., Мирошниченко А.И., Саньков В.А., Ружич В.В., Вонг X.К., Дельво Д., Колман С. Активная тектоника Байкала // Геология и геофизика. 1995. Т. 36. № 10. С. 154–163.
- Логачев Н.А. История и геодинамика Байкальского рифта // Геология и геофизика. 2003. Т. 44. № 5. С. 391–406.
- Лунина О.В. Цифровая карта разломов для плиоцен-четвертичного этапа развития земной коры юга Восточной Сибири и сопредельной территории Северной Монголии // Геодинамика и тектонофизика. 2016. Т. 7. № 3. С. 407–434.
- Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. 1990. 190 с.
- Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Шимараев М.Н., Хлыстов О.М. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины: строение и геологическая история. Новосибирск: изд-во СО РАН, филиал “Гео”. 2001. 252 с.
- Михайлова Н.Н., Комаров И.И. Спектральные характеристики сейсмического шума по данным Казахстанских станций мониторинга // Вестник НЯЦ РК. 2006. Т. 2. С. 19–26.
- Потапов В.А., Табулевич В.Н., Черных Е.Н. Влияние штормовых микросейсмических ко лебаний на сейсмичность в районе Курильских островов Тихого океана и на озере Байкал // Геология и геофизика. 1997. Т. 38. № 8. С. 1411–1419.
- Предеин П.А., Тубанов Ц.А. PPSDAnalyzer (анализ спектральной плотности мощности микросейсмического шума). Официальный бюллетень “Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем”. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022683207. Российская Федерация. правообладатель: ФГБУН ГИН СО РАН. Заявка № 2022683223/69, дата поступления: 02.12.2022, дата регистрации: 02.12.2022.
- 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. С. 48–53.
- Суворов В.Д., Тубанов Ц.А. Распределение очагов близких землетрясений в земной коре под центральным Байкалом // Геология и геофизика. 2008. Т. 49. № 8. С. 805–818.
- Сычева Н.А., Сычев И.В., Мансуров А.Н., Кузиков С.И. Исследование уровня сейсмического шума станций сети KNET // Вулканология и сейсмология. 2020. № 4. С. 22–39.
- Табулевич В.Н. Комплексные исследования микросейсмических колебаний. Новосибирск. 1986. 149 с.
- Табулевич В.Н., Дреннова Н.Н., Потапов В.А., Черных Е.Н. Влияние штормовых микросейсм на проявление сейсмичности в береговой зоне озера Байкал // Геология и геофизика. 2001. Т. 42. № 8.
- Тубанов Ц.А., Санжиева Д.П.-Д., Кобелева Е.А., Предеин П.А., Цыдыпова Л.Р. Кударинское землетрясение 09.12.2020 г. (MW = 5.5) на озере Байкал: Результаты инструментальных и макросейсмических наблюдений // Вопросы инженерной сейсмологии. 2021. Т. 48. № 4. C. 32–47. https://doi.org/10.21455/VIS2021.4-2
- Тубанов Ц.А., Предеин П.А., Цыдыпова Л.Р., Санжиева Д.П.-Д., Радзиминович Н.А., Базаров А.Д. Результаты и перспективы сейсмологических наблюдений в центральной части Байкальского рифта // Российский сейсмологический журнал. 2021. Т. 3. № 4. C. 38–57. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2021.4.03
- Уфимцев Г.Ф. Сейсмичность и структура Байкальского рифта // Отечественная геология. 1994. № 1. С. 44–49.
- Цуканов А.А., Горбатиков А.В. Исследование влияния вклада объемных волн на результат применения метода микросейсмического зондирования // Акустический журнал. 2020. Т. 66. № 2. С. 198–205.
- Яновская Т.Б., Королева Т.Ю. О влиянии землетрясений на кросс-корреляционную функцию сейсмического шума // Физика Земли. 2011. № 9. С. 3–12.
- Accardo N.J., Gaherty J.B., Shillington D.J., Ebinger C.J., Nyblade A.A., Mbogoni G.J., Chindandali P.R.N., Ferdinand R.W., Mulibo G.D., Keir D., Scholz C., Selway K., O’Donnell J.P., Tepp G., Gallacher R., Mtelela K., Salima J., Mruma A. Kamihanda G. Surface wave imaging of the weakly extended Malawi Rift from ambient-noise and teleseismic Rayleigh waves from onshore and lake-bottom seismometers // Geophysical Journal International. 2017. V. 209. N. 3. P. 1892–1905. https://doi.org/10.1093/gji/ggx133
- Anthony R.E., Ringler A.T., Wilson D.C. The widespread influence of Great Lakes microseisms across the Midwestern United States revealed by the 2014 polar vortex // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. P. 3436–3444. https://doi.org/10.1002/2017GL076690
- Ardhuin F., Stutzmann E., Schimmel M., Mangeney A. Ocean wave sources of seismic noise // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. C09004. https://doi.org/10.1029/2011JC006952
- Bandi M.M. Spectrum of wind power fluctuations // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 118. № 2. P. 028301. https://doi/10.1103/PhysRevLett.118.028301
- Bensen G.D., Ritzwoller M.H., Barmin M.P., Levshin A.L., Lin F., Moschetti M.P., Shapiro N.M., Yang Y. Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements // Geophys. J. Int. 2007. V. 169. P. 1239–1260. https://doi.org/10.1111/j.1365-270 246X.2007.03374.x
- Berger J., Davis P., Ekstrom G. Ambient earth noise: A survey of the global seismographic network // Journal of Geophysical Research. 2004. V. 109(B11). https://doi.org/10.1029/2004jb003408
- Beyreuther M., Barsch R., Krischer L., Megies T., Behr Y., Wassermann J. ObsPy: A Python toolbox for seismology // Seismological Research Letters. 2010. V. 81. № 3. P. 530–533.
- Campillo M., Roux P., Shapiro N.M. Correlation of seismic ambient noise to image and to monitor the solid Earth. Encyclopedia of Solid Earth Geophysics / Harsh K. Gupta (ed.). Springer Science+Business Media B.V. 2011. https://doi.org/10.1007/978-90-481-8702-7
- Carchedi C.J.W., Gaherty J.B., Webb S.C., Shillington D.J. Investigating short-period lake-generated microseisms using a broadband array of onshore and lake-bottom seismometers // Seismol. Res. Lett. 2022. V. 93. P. 1585–1600. https://doi.org/10.1785/0220210155
- Carter D.J.T. Prediction of wave height and period for a constant wind velocity using the JONSWASP results // Ocean Eng. 1982. V. 9. № 1. P. 17–33.
- D’Alessandro A., Greco L., Scudero S., Lauciani V. Spectral characterization and spatiotemporal variability of the background seismic noise in Italy // Earth and Space Science. 2021. V. 8. № 10. https://doi.org/10.1029/2020EA001579
- Dybing S.N., Ringler A.T., Wilson D.C., Anthony R.E. Characteristics and Spatial Variability of Wind Noise on Near-Surface Broadband Seismometers // Bulletin of the Seismological Society of America. 2019. V. 109. № 3. P. 1082–1098. https://doi.org/10.1785/0120180227
- Evangelidis C.P., Melis N.S. Ambient noise levels in Greece as recorded at the Hellenic Unified Seismic Network // Bulletin of the Seismological Society of America. 2012. V. 102. № 6. P. 2507–2517. https://doi.org/10.1785/0120110319
- Fernandez L.M., Brandt M.B.C. The reference spectral noise ratio method to evaluate the seismic response of a site // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2000. V. 20. № 5–8. P. 381–388. https://doi.org/10.1016/s0267-7261(00)00086-5
- Kerman B.R., Mereu R.F. Wind-induced microseisms from Lake Ontario // Atmosphere-Ocean. 1993. V. 31. № 4. P. 501–516. https://doi.org/10.1080/07055900.1993.9649483
- Koper K.D., Burlacu R. The fine structure of double-frequency microseisms recorded by seismometers in North America // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2015. V. 120. P. 1677–1691.
- Koper K.D., Hawley V.L. Frequency dependent polarization analysis of ambient seismic noise recorded at a broadband seismometer in the central United States // Earthquake Science. 2010. V. 23. № 5. P. 439–447. https://doi.org/10.1007/s11589-010-0743-5
- Koper K.D., de Foy B., Benz H. Composition and variation of noise recorded at the Yellowknife Seismic Array, 1991–2007 // Journal of Geophysical Research. 2009. V. 114(B10). P. B10310. https://doi.org/10.1029/2009JB006307
- 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. V. 8. № 1. P. 014003.
- Longuet-Higgins M.S. A theory of the origin of microseisms. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical // Physical and Engineering Sciences. 1950. V. 243(857). P. 1–35. https://doi.org/10.1098/rsta.1950.0012
- Lott F.F., Ritter J.R.R., Al-Qaryouti M. et al. On the Analysis of Wind-Induced Noise in Seismological Recordings // Pure Appl. Geophys. 2017. V. 174. P. 1453–1470. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1477-2
- Lynch J. The Great Lakes, a source of two-second frontal microseisms // Eos, Transactions of the American Geophysical Union. 1952. V. 33. № 3. P. 432–434. https://doi.org/10.1029/TR033i003p00432
- McNamara D.E., Buland R.P. Ambient noise levels in the continental United States // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2004. V. 94. № 4. P. 1517. http://dx.doi.org/10.1785/012003001
- Nakata N., Gualtieri, L., Fichtner A. (eds.) Seismic ambient noise. Cambridge University Press. 2019. 344 p.
- Pandey A.P., Singh A.P., Bansal B.K., Suresh G., Prajapati S.K. Appraisal of seismic noise scenario at national seismological network of India in COVID-19 lockdown situation // Geomatics, Natural Hazards and Risk. 2020. V. 11. № 1. P. 2095–2122. http://dx.doi.org/10.1080/19475705.2020.1830187
- Park J., Vernon F.L., Lindberg C.R. Frequency dependent polarization analysis of high-frequency seismograms // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 12,664–12,674. http://dx.doi.org/10.1029/JB092iB12p12664
- Peterson J. Observations and Modeling of Background Seismic Noise, Open-file report. U.S. Geological Survey, Albuquerque, NM. 1993. Р. 93–322.
- Radziminovich N.A., Gileva N.A., Melnikova V.I., Ochkovskaya M.G. Seismicity of the Baikal rift system from regional network observations // Journal of Asian Earth Sciences. 2013. V. 62. P. 146–161.
- Samson J.C. Pure states, polarized waves, and principal components in the spectra of multiple, geophysical time-series // Geophys. J. R. Astron. Soc. 1983. V. 72. P. 647–664.
- Scholz C.A., Hutchinson D.R. Stratigraphic and structural evolution of the Selenga Delta accommodation zone, Lake Baikal rift, Siberia // Int. J. Sci. 2000. V. 89. P. 212–228.
- Sevim F., Zor E., Acikgoz C., Tarancioglu A. Ambient noise levels and characterization in Aegean region, Turkey // J. Seismol. 2018. V. 22. P. 499–518. https://doi.org/10.1007/s10950-017-9720-y
- Shapiro N.M., Campillo M., Stehly L., Ritzwoller M.H. High resolution surface wave tomography from ambient seismic noise // Science. 2005. V. 307(5715) P. 1615–8.
- Smalls P.T., Sohn R.A., Collins J.A. Lake-bottom seismograph observations of microseisms in Yellowstone Lake // Seismological Research Letters. 2019. V. 90. P. 1200–1208. https://doi.org/10.1785/0220180242
- Tanimoto T., Ishimaru S., Alvizuri C. Seasonality in particle motion of microseisms // Geophys. J. Int. 2006. V. 166. P. 253–266.
- Tanimoto T. Excitation of microseisms: views from the normal-mode approach // Geophys J. Int. 2013. V. 194(3). P. 1755–1759. https://doi.org/10.1093/gji/ggt185
- Webb S.C. Seismic Noise on Land and on the Sea Floor, in International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology / W.H.K. Lee (ed.). Academic Press. 2002. V. 81(A). P. 305–318. https://doi.org/10.1016/S0074-6142(02)80222-4
- Wolin E., McNamara D.E. Establishing high-frequency noise baselines to 100 Hz based on millions of power spectra from IRIS MUSTANG // Bulletin of the Seismological Society of America. 2020. V. 110(1). P. 270–278. https://doi.org/10.1785/0120190123
- Xu Y., Koper K.D., Burlacu R. Lakes as a source of short-period (0.5–2 s) microseisms // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2017. V. 122. P. 8241–8256. https://doi.org/10.1002/2017JB014808
Дополнительные файлы
