Lake Baikal Microseisms Based on Regional Seismic Network Data
- 作者: Besedina A.N.1,2, Tubanov T.A.1, Predein P.A.1, Sanzhieva D.P.1, Ivanchenko G.N.1,2
-
隶属关系:
- Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
- Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics, Russian Academy of Sciences
- 期: 编号 3 (2024)
- 页面: 30-50
- 栏目: Articles
- 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
如何引用文章
详细
Seismic ambient noise in the regional seismic network in the central part of the Baikal rift is studied. The probabilistic approach is used to thoroughly investigate the pattern of diurnal variations in microseisms and to analyze amplitude level and frequency content of spatial anomalies and temporal changes (seasonal and annual). Based on the 2020–2021 data, a regional probabilistic model of the microseismic noise is built in a wide range of periods.
The study of microseisms in the frequency band of about 1 Hz revealed a seasonal anomaly against the level of the global minimum in the microseismic noise power spectrum. The anomaly is observed from May to December at seismic stations surrounding Lake Baikal except for the northern part of the lake. The direction of the back azimuth in the frequency range of about 1 Hz indicates the location of the lake, suggesting that these signals can be identified as lake microseisms. The high coherence values suggest a linear relationship between the wind speed and the occurrence of lake microseisms. The detailed analysis of the spectral and polarization parameters of seismic ambient noise revealed two types of lake microseisms with frequencies of 0.4–0.7 and 0.7–1.5 Hz. The first frequency interval is likely to correspond to single-frequency lake microseisms, while the second interval contains the frequency ranges of dual-frequency microseisms.
全文:

作者简介
A. Besedina
Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics, Russian Academy of Sciences
编辑信件的主要联系方式.
Email: besedina.a@gmail.com
俄罗斯联邦, Ulan-Ude; Moscow
Ts. Tubanov
Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
Email: besedina.a@gmail.com
俄罗斯联邦, Ulan-Ude
P. Predein
Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
Email: besedina.a@gmail.com
俄罗斯联邦, Ulan-Ude
D. Sanzhieva
Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
Email: besedina.a@gmail.com
俄罗斯联邦, Ulan-Ude
G. Ivanchenko
Dobretsov Geological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics, Russian Academy of Sciences
Email: besedina.a@gmail.com
俄罗斯联邦, Ulan-Ude; Moscow
参考
- 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
补充文件
