D(LR/P)

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОЙ
КАЛИБРОВКИ СТАНЦИЙ МСМ В РЕГИОНЕ
ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ ПО ДАННЫМ
ЕСТЕСТВЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ
О. Кедров, Г. Соболев, Э. Кедров,
Н. Сергеева, Л. Забаринская
СУЗДАЛЬ,
сентябрь 2007
 В работах [Кедров О.К., Люкэ Е.И. и др., 2001; Кедров О.К.. 2002;
Кедров О.К., Кедров Э.О., 2003] предложен метод динамической
калибровки (МДК) параметров идентификации взрывов и
землетрясений,
позволяющий
адаптировать
существующие
методы идентификации взрывов для районов, где они не
проводились.
 Практически единственно возможный путь решения этой задачи
связан с калибровкой трасс источник-станция в таких районах.
 Калибровка с использованием специальных химических
подземных взрывов является трудно реализуемым способом,
требующем большого времени и значительных финансовых
затрат.
 В докладе рассматривается метод динамической калибровки, не
требующий проведения специальных взрывов, применен для
анализа ряда станций Международной системы мониторинга (МСМ)
в регионе Центральной Азии.
2
Идентификация взрывов
и землетрясений в Евразии
Расположение станций (▲-1), испытательных полигонов (-2),
эпицентров МЯВ (-3) и землетрясений (M-4 и -5), которые
рассматривались в регионе Евразии и Центральной Азии
3
ПАРАМЕТРЫ СИГНАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВО ВРЕМЕННОЙ
ОБЛАСТИ
lg(S/P) и lg(LR/P)-отношение макс. амплитуд в S, P и LR
ПАРАМЕТРЫ ИДЕНИТФИКАЦИИ В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ
G1,2 = lg[S1(0.3-0.6)/S2(1.3–3.0 Hz)],
G1,3 = lg[S1(0.3-0.6)/S3(3.0–6.0 Hz)].
Отношение сумм S спектральных амплитуд Ai волн P
в полосах 0.3-0.6, 1.3-3.0 и 3.0-6.0 Гц
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ЯВЛЕНИЯ:
D(S/P ) = lg(S/P) – ammb – bDlg D,
D(LR/P ) = lg(LR/P) – ammb – bDlg D,
D(G1,2) = lgS1 – am1mb – lgS2 + am2mb – bDlgD,
D(G1,3) = lgS1 – am1mb – lgS3 + am3mb – bDlgD,
am, am1, am2, am3, bD – регрессионные коэффициенты зависимости
параметров от mb и D.
4
Гистограммы дискриминантов D(S/P), D(LR/P), D(G1,2) и D(G1,3) для
взрывов (красная) и землетрясений (бесцветная) и соответствующие
функции частных условных вероятностей Pij для региона Евразии
0,5-1,5 тыс. км
158
106
1,5-4 тыс. км
0,5-1,5 тыс. км
65
214
bD=-2.15
204
bD=-0.95
D(S/P)
D(S/P)
0,5-4 тыс.
0,5-4 км
тыс. км
142
203
bD=1.21
D(G1,2)
1,5-4 тыс. км
70
bD=-0.83
D(LR/P)
67
53
bD=-0.98
D(LR/P)
0,5-4
тыс.
0,5-4
тыс.
кмкм
143 202
bD=2.10
D(G1,3)
5
ОБОСНОВАНИЕ МДК
С целью обоснования МДК рассмотрены
два района, в которых проводились
взрывы
и
имелись
данные
по
землетрясениям:
1 - Центральная Азия (взрывы в Индии
и Пакистане, зарегистрированные на
станциях сети IRIS);
2 - Северная Америка (взрывы на НИП,
зарегистрированные на станциях США);
В качестве базового в работе выбран район
Евразии, для которого имеются большие
выборки взрывов и землетрясений
6
1 (красный) и 2 (черный) - ПЯВ и земл. в БР; 3 (зеленый) и 4
(синий) - ПЯВ и землятресений в ИР.
Центральная Азия
0.4
1
a
3 2
0.4
bD=1.21
4
0.2
bD=1.29
b
для БР
0
-6.5
0.4
-5.5
-4.5
-3.5
-2.5
D(G1,2)
для ИР
0.2
0
-6.5
-5.5
-4.5
-2.5
Северная Америка
0.4
bD=1.21
bD=1.60
0.2
0
-6.5
-3.5
0.2
-5.5
-4.5
-3.5
-2.5
D(G1,2)
0
-6.5
-5.5
-4.5
-3.5
-2.5
7
Блок-схема алгоритма динамической калибровки станций МСМ
и идентификации явлений в районах без предыстории ядерных испытаний
Составление выборки данных для заданной станции из ИР
(mb > 3.5; 500 < D < 2000 км; h < 70 км; N≥100)
Первичная обработка
Спектральная область
(спектры P-волн)
Временная область
(максимальные амплитуды
P-, S- и LR-волн)
Вычисление дискриминантов
D(G1,2), D(G1,3), D(S/P) и D(LR/P)
при использовании bD для БР
Архив данных МЦД
(цифровые записи,
бюллетень, АЧХ)
Вычисление гистограмм
дискриминантов
D(G1,2), D(G1,3), D(S/P) и D(LR/P)
при использовании bD для БР
Вычисление bD для
дискриминантов
D(G1,2), D(G1,3), D(S/P) и D(LR/P) в ИР
Вычисление дискриминантов
D(G1,2), D(G1,3), D(S/P) и D(LR/P)
при использовании bD для ИР
Архив данных БР
(гистограммы Di
коэффициенты bD
таблицы функций Pij)
Преобразование
D(G1,2), D(G1,3), D(S/P) и D(LR/P) в
вероятнстную форму
8
Идентификация типа явления в
ИР
Калибровка дискриминантов на cт. MKAR из р-на на С-З Китая; (N = 109)
1 – ПЯВ и 2–земл. в БР; 3 – земл.(Китай)–калибровка по БР; 4 – земл. (Китай) –
клибровка по bD для Китая; 5 – расчет по данным из бюллетеня SEB в МЦД (N = 80).
0.4
0.4
0.3
1
N = 109
b D= 1.46
2 4
3, 4
3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
-6
-5
1
0.3
99
- 2.15
2
-4
-3
-2
5
6
7
8
D (S/P )
D (G 1,2)
0.4
0.4
109
2.46
1
0.3
2
4
0.2
0.3
0.2
0.1
0
0
-9
-8
-7
2
4
3
0.1
-10
1
60
-0.60
-6
D (G 1,3)
-5
3
0
2
4
D (LR/P )
6
9
Применение МДК для калибровки ряда районов
Центральной Азии по данным регистрации
землетрясений на станциях BVAR, MKAR, CMAR ASF и EIL
10
Сейсмические события,
зарегистрированные в 2002 г.
BVAR
MKAR
1
ASF
3
4
2
EIL
CMAR
11
Трассы источник–станция и оценки коэффициентов bΔ
для дискриминантов D(S/P), D(LR/P), D(G1,2) и D(G1,3), полученных на
станциях BVAR, CMAR, EIL, ASF и MKAR относительно районов №/№ 1 – 4
BVAR-3
1.27
2.28
-0.98
-0.86
43
BVAR-4
1.26
2.25
-0.95
-0.91
78
ASF-3
1.48
2.46
-2.03
-1.03
90
EIL-3
bD (G1,2)= 1.45
bD (G1,3)= 2.51
bD (S/P)= - 2.07
bD (LR/P)= - 0.89
N = 168
BVAR-1
1.38
2.38
-1.98
-0.75
69
MKAR-3
1.32
2.26
-1.01
-1.11
20
MKAR-4
1.37
2.37
-0.99
-0.71
94
MKAR-1
1.46
2.46
-2.23
-0.60
CMAR-2
109
1.54
2.57
-2.18
-0.84
103
12
Зависимость величины bD от условий распространения
сигналов на различных трассах источник-станция
1. Коэффициент bΔ варьируют в зависимости от
геолого-тектонических условий распространения
сигналов на разных трассах
2. Для близких по условиям распространения трасс
оценки bΔ сопоставимы и такие трассы допустимо
объединять
3. При проведении идентификации сигналов для
новой трассы источник-станция, но проходящей
близко от уже откалиброванных трасс, допустимо в
качестве первого приближения использовать
значения bΔ, по откалиброванным трассам
13
Связь между условиями распространения сигналов
и величиной калибровочных коэффициентов bΔ
на трассах из Ирана до ASF + EIL и до BVAR + MKAR
14
Эффективность идентификации сигналов
природного происхождения на станциях
MKAR, CMAR, ASF, EIL и BRVK
100
- 1 зона
0.5 – 1.5 тыс. км
98
- 2 зона
1.5 – 4 тыс. км
96
B
РVA
н2
R
–
C
РM
AR
н3
–
B
РVA
н3
R
–
M
K
РA
R
н3
–
A
РSF
н3
–
A
SF
Рн3
–
EI
РL
н3
–
РEI
н4
L
–
B
РVA
н4
R
–
M
K
AR
–
Рн1
–
M
K
AR
94
Рн1
%
15
Результаты идентификации ПЯВ 11.05.98 и 28.05.98 по
записям станций BRVK и MAKZ (IRIS), с использованием
коэффициентов
bD,
полученным
по
выборкам
землетрясений на станциях BVAR и MKAR (MCM) из
района № 4 (полигоны Индии и Пакистана)
16
Выводы
1. Разработан алгоритм и исследовательская программа для проведения
динамической калибровки сейсмических станций МСМ в районах, где не
проводились ядерные взрывы на основе данных только по землетрясениям
2. С использованием МДК произведена калибровка пяти станций МСМ (ASF, EIL,
BVAR, MKAR и CMAR) относительно четырех районов в пределах Центральной
Азии и идентификация сигналов природного происхождения в этих районах,
имеющая эффективность в среднем порядка 95%.
3. Проведено независимое тестирование МДК с использованием записей взрывов в
Индии (11.05.98 г.) и в Пакистане (28.05.98 г.) на станциях BRVK и MAKZ сети IRIS,
которые расположены практически в тех же пунктах, что и станции МСМ (BVAR и
MKAR) и имеют однотипное с ними по АЧХ оборудование. Результаты данного
тестирования подтвердили правомерность предложенного метода калибровки
станций.
17
Выводы
4. На примере станций EIL и ASF, имеющих близкие трассы распространения
сигналов из эпицентральной зоны в Иране, показано, что калибровочные
коэффициенты bΔ для всех дискриминантов оказываются сравнимыми, что
свидетельствует о наличии связи между строением среды на пути сигналов от
источника до станции и величиной затухания дискриминантов.
5. Полученные результаты по разработке метода и алгоритма калибровки
сейсмических станций МСМ приняты для внедрения в Национальном центре
данных РФ и будут использованы в оперативной работе при контроле Договора
о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний.
18