К 20-летию создания малоапертурной группы “Михнево”. Мониторинг наведенной сейсмичности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

За 20 лет непрерывной работы малоапертурной сейсмической группы (МСГ) “Михнево” был накоплен огромный опыт регистрации сверхслабых сигналов, генерируемых региональной и глобальной сейсмичностью, разработаны и применены методы обработки данных с высокой разрешающей способностью, включая направленное суммирование и кросс-корреляцию волновых форм. В рамках данного обзора результатов инструментальных наблюдений и обработки рассмотрены два подхода к снижению порога регистрации сейсмических событий при мониторинге наведенной сейсмичности — использование станций группирования и метода кросс-корреляции волновых форм (ККВФ). Эффективность подходов по отношению к обнаружению, локации и идентификации слабых сейсмических источников проиллюстрирована афтершоковой последовательностью землетрясения вблизи г. Мариуполь, произошедшего 07.08.2016 г., а также афтершоками пятого и шестого объявленных взрывов в КНДР, обнаруженных за период с 09.09.2016 по 11.09.2021 гг. Координаты землетрясения были оценены с помощью данных МСГ “Михнево” и временной МСГ ИДГ РАН “Ростов Дон”. Точность локации сопоставима с точностью, обеспечиваемой 49 трехкомпонентными (3-С) станциями ФИЦ ЕГС РАН и Международной системы мониторинга (МСМ). За пять дней после землетрясения методом ККВФ было обнаружено и лоцировано относительно главного толчка 12 афтершоков. В обнаружении и оценке параметров также участвовали групповые станции МСМ AKASG и BRTR и 3-С станция МСМ KBZ. Сеть станций ФИЦ ЕГС РАН обнаружила 5 афтершоков, а МСМ ни одного. Локация взрывов в КНДР с помощью ККВФ позволила определить их относительное местоположение с точностью до 100–200 м. Шестой взрыв не удалось точно лоцировать относительно других из-за конечного размера его источника, вносящего значимые изменения дифференциального времени пробега, зависящие от направления на станцию. Метод ККВФ использовался и для обнаружения и идентификации слабых сейсмических событий в пределах полигона КНДР Пунгери с помощью шаблонных волновых форм от взрывов и афтершоков пятого и шестого испытаний, зарегистрированных на групповых станциях МСМ KSRS и USRK. За пятилетний период наблюдений было обнаружено 89 событий. По оценкам кросс-корреляционных характеристик сигналов на обеих станциях оказалось возможным разделить общую афтершоковую последовательность на две отдельные, связанные с процессами в зонах влияния пятого и шестого взрывов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. О. Китов

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: irina@idg.ras.ru
Россия, Москва

И. А. Санина

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: irina@idg.ras.ru
Россия, Москва

С. Г. Волосов

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: irina@idg.ras.ru
Россия, Москва

Н. Л. Константиновская

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: irina@idg.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенная сейсмичность — индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН. 2015. 364 с.
  2. Адушкин В.В., Овчинников В.М., Санина И.А., Ризниченко О.Ю. “Михнево” от сейсмостанции №1 до современной геофизической обсерватории // Физика Земли. 2016. № 1. С. 108–119.
  3. Адушкин В.В., Китов И.О., Санина И.А. Кластеризация афтершоковой активности подземных взрывов в КНДР // Докл. РАН. Науки о Земле. 2021. Т. 501. № 1. С. 69–72. https://doi.org/10.31857/S2686739721110037
  4. Баранов С.В., Шебалин П.Н. Закономерности постсейсмических процессов и прогноз опасности сильных афтершоков. М.: РАН. 2019. 218 с.
  5. Волосов С.Г., Королев С.А., Солдатенков А.М. Система синхронизации записей станций малоапертурной сейсмической антенны “Михнево” // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48. № 1. С. 26–34.
  6. Государственная геологическая карта Украины. Центральноукраинская серия. L-37 VIII (Мариуполь), L-37 IX (Таганрог). Масштаб 1:200 000. Пояснительная записка. Киев: ДНВП “Геоинформ Украины”. 2012. http://geoinf.kiev.ua/wp/w/Viewer.php?pr1&umpl37-8&fmpkv_l37-8_1.jpg
  7. Китов И.О., Санина И.А., Сергеев С.С., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Обнаружение, оценка магнитуды и относительная локация слабых афтершоков с помощью кросс-корреляции волновых форм: землетрясение 7 августа 2016 г. в Мариуполе // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53. № 2. С. 58–80.
  8. Кочарян Г.Г., Локтев Д.Н., Ряховский И.А., Санина И.А. Уникальная научная установка “Среднеширотный комплекс геофизических наблюдений “Михнево” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2.
  9. Невский М.В., Чулков А.Б., Морозова Л.А., Еременко О.А. Проблемы и перспективы развития систем сейсмологических наблюдений в XXI веке. Проблемы геофизики XXI века. М.: Наука. 2003. С. 180–212.
  10. Николаев А.В. Проблемы наведенной сейсмичности. Наведенная сейсмичность / А. В. Николаев, И. Н. Галкин (ред.). М.: Наука. 1994. 222 с.
  11. Санина И.А., Габсатарова И.П., Черных О.А., Ризниченко О.Ю., Волосов С.Г., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Интеграция малоапертурной группы “Михнево” в систему сейсмических наблюдений на Восточно-Европейской платформе. Сейсмичность Северной Евразии: Материалы Международной конференции / А. А. Маловичко (отв. ред.). 2008. С. 264–268.
  12. Санина И.А., Черных О.А., Ризниченко О.Ю., Волосов С.Г. Малоапертурная сейсмическая антенна “Михнево”: новые возможности изучения сейсмичности Восточно-Европейской платформы // Докл. РАН. 2009. Т. 428. № 4. С. 536–541.
  13. Санина И.А., Иванченко Г.Н., Горбунова Э.М., Константиновская Н.Л., Нестеркина М.А., Габсатарова И.П. Сейсмотектоническая обстановка землетрясения 07 августа 2016г и его афтершоков // Физика Земли. 2019. № 2. С. 156–167. https://doi.org/10.31857/S0002-333720192156-167
  14. Санина И.А., Ризниченко О.Ю., Волосов С.Г., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Уникальной научной установке “МИХНЕВО” ИДГ РАН — 15 // Динамические процессы в геосферах. 2019. № 11. С. 48–56. https://doi.org/10.26006/IDG.2019.11.38623
  15. Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Физика переходных режимов сейсмичности. М.: РАН. 2020. 412 с.
  16. Султанов Д.Д. Роль Г.А. Гамбурцева в создании сейсмического метода контроля за ядерными испытаниями. М.: ОИФЗ РАН. 1998. Т. 3. C. 188–193.
  17. Федоров Е.К., Тамм И.Е., Семенов Н.Н., Садовский М.А., Пасечник И.П. и др. Доклад совещания экспертов по изучению методов обнаружения нарушений возможного соглашения о приостановке ядерных испытаний // Атомная энергия 1958. Т. 5. Вып. 4.
  18. Adushkin V.V., Kitov I.O., Konstantinovskaya N.L., Nepeina K.S., Nesterkina M.A., Sanina I.A. Detection of ultraweak signals on the Mikhnevo small-aperture seismic array by using cross-correlation of waveforms // Dokl. Earth Sci. 2015. V. 460. № 2. P. 189–191.
  19. Adushkin V.V., Kitov I.O., Sanina I.A. Application of a three-component seismic array to improve the detection efficiency of seismic events by the matched filter method // Dokl. Earth Sci. 2016a. V. 466. №. 1. P. 47–50.
  20. Adushkin V.V., Kitov I.O., and Sanina I.A. Decrease in signal detection threshold by waveform cross correlation method owing to the use of a seismic array of three-component sensors // Geofiz. Issled., 2016b. V. 17. №. 1. P. 5–28. https://doi.org/10.21455/gr2016.1-1
  21. Adushkin V.V., Bobrov D.I., Kitov I.O., Rozhkov M.V., Sanina I.A. Remote detection of aftershock activity as a new method of seismic monitoring // Dokl. Earth Sci. 2017. V. 473. №. 1. P. 303–307.
  22. Bobrov D., Kitov I., Zerbo L. Perspectives of cross correlation in seismic monitoring at the International Data Centre // Pure Appl. Geophys. 2014. V. 171. №. 3–5. P. 439–468.
  23. Bobrov D.I., Kitov I.O., Rozhkov M.V., Friberg P. Towards Global Seismic Monitoring of Underground Nuclear Explosions Using Waveform Cross Correlation. Part I: Grand Master Events // Seismic Instruments. 2016a. V. 52. №. 1. P. 43–59.
  24. Bobrov D.I., Kitov I.O., Rozhkov M.V., Friberg, P. Towards Global Seismic Monitoring of Underground Nuclear Explosions Using Waveform Cross Correlation. Part II: Synthetic Master Events // Seismic Instruments. 2016b. V. 52. №. 3. P. 207–223.
  25. Braun T., Schweitzer J. Spatial noisefield characteristics of a three component small aperture test array in Central Italy // Bull. Seismol. Soc. Am. 2008. V. 98. №. 4. P. 1876–1886.
  26. Bucknam R.C. Geologic effects of the Benham underground nuclear explosion, Nevada Test Site // Bull. Seismol. Soc. of Am. 1969. V. 59. №. 6. P. 2209–2219. https://doi.org/10.1785/BSSA0590062209
  27. Coyne J., D. Bobrov, P. Bormann, E. Duran, P. Grenard, G. Haralabus, I. Kitov, Yu. Starovoit Chapter 15: CTBTO: Goals, Networks, Data Analysis and Data Availability / P. Bormann (ed.). New Manual of Seismological Practice Observatory. 2012. https://doi.org/10.2312/GFZ.NMSOP-2_ch15
  28. Gibbons S.J., Ringdal F. The detection of low magnitude seismic events using array based waveform correlation // Geophys. J. Int. 2006. V. 165. P. 149–166.
  29. Gibbons S.J., Schweitzer J., Ringdal F., Kværna T., Mykkeltveit S., Paulsen B. Improvements to seismic monitoring of the European Arctic using three component array processing at SPITS // Bull. Seismol. Soc. Am. 2011. V. 101. №. 6. P. 2737–2754.
  30. Gibbons S.J., Sorensen M.B., Harris D.B., Ringdal F. The detection and location of low magnitude earthquakes in northern Norway using multichannel waveform correlation at regional distances // Phys. Earth Planet.Inter. 2007. V. 160. N. 3–4. P. 285–309.
  31. Kitov I.O., Volosov S.G., Kishkina S.B., Konstantinovskaya N.L., Nepeina K.S., Nesterkina M.A., and Sanina I.A. Detection of Regional Phases of Seismic Body Waves Using an Array of Three Component Sensors // Seismic Instruments. 2016. V. 52. №. 1. P. 19–31.
  32. Kitov I.O., Sanina I.A. Analysis of Sequences of Aftershocks Initiated by Underground Nuclear Tests Conducted in North Korea on September 9, 2016 and September 3, 2017 // Seism. Instr. 2022. V. 58. P. 567–580. https://doi.org/10.3103/S0747923922050097
  33. Sanina I.A., Gabsatarova I.P., Chernykh O.A., Riznichenko O.U., Volosov S.G., Nesterkina M.A., Konstantinovskaya N.L. The Mikhnevo small aperture array enhances the resolution property of seismological observations on the East European Platform // J. Seismol. 2010. V. 15. № 3. P. 545–556.
  34. Schaff D.P., Richards P.G. Repeating seismic events in China // Science. 2004. V. 303. P. 1176–1178.
  35. Schweitzer J., Fyen J., Mykkeltveit S., Gibbons S.J., Pirli M., Kühn D., Kværna T. Seismic arrays, in New Manual of Seismological Practice Observatory / Bormann. P. (ed.). 2012. Ch. 9. https://doi.org/10.2312/GFZ.NMSOP2_ch9
  36. Schaff D. P. and Richards P.G. Improvements in magnitude precision, using the statistics of relative amplitudes measured by cross correlation // Geophys. J. Int. Seismology. 2014. V. 197. № 1. P. 335–350. https://doi.org/10.1093/gji/ggt433
  37. Van Trees H.L. Detection, Estimation and Modulation Theory. 1968. JohnWileyandSons.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Шаблоны волновых форм для канала C00 от события 2013 г. длиной 15 с. Фильтры указаны в верхнем правом углу каждой из панелей волновых форм: 1 — (0.5–2) Гц, 2 — (1–3) Гц, 3 — (2–4) Гц, 4 — (3–6) Гц, 5 — (4–8) Гц и 6 — (6–12) Гц.

Скачать (170KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Обнаружение сигналов с помощью кросс-корреляции на группе “Михнево”. Слева направо: SNCcc для следующих пар мастер/искомое событие 2013/2009, 2009/2013, 2013/2006. Сигнал от события 2006 г. имеет SNRcc = 3.8. Порог обнаружения SNRcc = 3.5.

Скачать (125KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость SNR для обычных и кросс-корреляционных трасс от уровня шума. По оси Y шкала логарифмическая.

Скачать (163KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Относительное местоположение эпицентров пяти объявленных взрывов в КНДР.

Скачать (51KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Записи основного события на группах “Михнево” (а) и “Ростов Дон” (б). Коэффициенты пересчета для: MHVAR — 7.45·10-6 мкм/с, RD — 3.16·10-3 мкм/с [Санина и др., 2019].

Скачать (161KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сейсмические записи на двух малоапертурных группах “Михнево” (вверху) и “Ростов-Дон” (внизу) и пример совместной локации на врезке. Вертикальные линии P и S отмечают вступления продольной и поперечной волн [Санина и др., 2019].

Скачать (153KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Примеры записей на сейсмических группах: стационарной MHVAR (а) и временной RD (б) афтершока Мариупольского землетрясения 11.08.2016 г., время в очаге 21:59:30. Записи отфильтрованы в полосе 1–5 Гц, каналы вертикальные, названия каналов приведены слева, шкала амплитуд на записи — справа, величины даны в отсчетах АЦП. Коэффициенты пересчета: для MHVAR — 7.45·10-6 мкм/с, для RD — 3.16·10-3 мкм/с [Санина и др., 2019].

Скачать (548KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Компиляционная схема неотектонических разломов и линеаментов (составлена на основе работ [Китов и др., 2017; Санина и др., 2019]). 1–2 — неотектонические разломы (по материалам [Государственная.., 2012]): 1 — основные, 2 — второстепенные; 3 — линеаменты; 4, 5 — эпицентр землетрясения 07.08.2016 г. (а) и его афтершоки (б); цифра — номер; цифры в кружках — номера разломов: 1 — Малоянисольский, 2 — Кальмиуский, 3 — Приморский.

Скачать (170KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Афтершоки в КНДР-5 (красные круги) находятся выше оси X, которая служит линией принятия решений. Афтершоки в КНДР-6 (черные ромбы) находятся ниже этой линии. Есть слабые события, которые нельзя отнести ни к одной из двух популяций из-за низких значений SNRcc. Первый афтершок в КНДР-5 и события, следующие за КНДР-6, служат в качестве реперных для распознавания двух последовательностей афтершоков. Второй афтершок 03.09.2017 г. принадлежит кластеру КНДР-5.

Скачать (109KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025