Динамическая калибровка сейсмических станций Международной системы мониторинга ядерных испытаний по данным естественной сейсмичности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат физико-математических наук Кедров, Эрнест Олегович

• Кедров, Эрнест Олегович
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Кедров, Эрнест Олегович

Обозначения и сокращения.

Содержание.

Введение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамическая калибровка сейсмических станций Международной системы мониторинга ядерных испытаний по данным естественной сейсмичности»

Цели и задачи.8

Научная новизна.8

Основные защищаемые положения.9

Практическая значимость работы.10

Апробация работы и публикации.10

Структура и объем работы.10

Личный вклад автора.10

Благодарности.11

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Кедров, Эрнест Олегович

Выводы

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие результаты.

1. Разработан алгоритм и исследовательские программы для осуществления динамической калибровки сейсмических станций МСМ в автоматическом режиме на основе данных только по землетрясениям в районах, где не проводились ядерные взрывы.

При проведении калибровки использовались те же дискриминанты и методы обработки сейсмических сигналов, которые были получены при разработке метода идентификации взрывов и землетрясений в региональной зоне расстояний для региона Евразии.

С этой целью по записям сигналов измерялись следующие параметры:

• во временной области: отношения максимальных амплитуд в цугах продольных и поперечных волн XS/p = \g(S!P) и продольных и поверхностных волн ХШР = lg(LR/P)-,

• в спектральной области: отношения сумм (<S}*) спектральных амплитуд, полученных по амплитудным спектрам Р-волн в трех частотных полосах:

1) 0.3-0.6 Гц, 2) 1.3-3.0 Гц, 3) 3.0-6.0 Гц: G,)2= lg(Si/S2) и Gu = lg ОВД).

Дискриминанты D формировались из параметров Xi и G^ путем устранения влияния магнитуды явления ть и эпицентрального расстояния А (км) после чего они применялись для калибровки новых трасс распространения сигналов источник-станция.

2. Разработаны алгоритм и исследовательские программы МДК, позволяющие адаптировать дискриминанты, оцененные для районов, где взрывы не проводились, и тем самым обеспечивающие возможность идентифицировать явления в таких районах.

3. С использованием МДК произведена калибровка пяти станций МСМ относительно четырех выбранных районов в пределах региона Центральной Азии. При этом оценены калибровочные коэффициенты для трасс CMAR - юго-восточный район Китая, ASF, EIL, BVAR, MKAR и CMAR - Иран, MKAR и BVRK - северо-западный район Китая и BVAR, MKAR и CMAR - район, охватывающий испытательные полигоны в Индии и Пакистане.

4. С использованием найденных значений калибровочных коэффициентов 6дР вычислены скорректированные значения дискриминантов D(S/P), D(LR/P), D(G\j) и D(G]t}) для всех станций и произведена идентификация типа явления.

5. Эффективность идентификации сигналов, обусловленных явлениями природного происхождения, в зависимости от станции в среднем составляет 95%.

6. 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 по

67 предложенному методу динамической калибровки. Указанные станции IRIS расположены 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.

7. На примере станций EIL и ASF, имеющих близкие по условиям распространения сигналов трассы из эпицентральной зоны в Иране показано, что калибровочные коэффициенты ЬА оказываются сравнимыми практически для всех дискриминантов.

Этот результат подтверждает наличие связи между строением среды на пути сигналов от источника до станции и величиной затухания дискриминантов. В дальнейшем, при наличии большего числа калибровочных трасс источник-станция в пределах, например, региона Центральной Азии, по-видимому, можно будет прогнозировать значения калибровочных коэффициентов ЬА для новых трасс при увязке с геолого-тектоническими особенностями строения данного региона.

8. Разработан алгоритм и программное приложение спектрально-временного метода (СВМ) идентификации явлений по Р-волнам в диапазоне расстояний 15-40°, который может применяться в тех случаях, когда в интересующем районе имеются данные по калибровочным взрывам.

Необходимость привлечения для идентификации региональных явлений с расстояний 15-40° обусловлена малой плотностью сети станций МСМ в ряде регионов.

В этом диапазоне расстояний роль СВМ для идентификации явлений по продольным волнам существенно возрастает, поскольку возможности обнаружения поперечных и поверхностных волн от слабых явлений и соответственно применения для идентификации дискриминантов S/P и LR/P здесь снижаются.

Перспективность использования СВМ при контроле ДВЗЯИ заключается в том, что он:

• может применяться для калибровки региона, в котором зарегистрированы на сети станций один-два калибровочных химических подземных взрыва и имеются данные по естественной сейсмичности;

• адаптирует диагностические параметры dy к специфическим особенностям взрывов и землетрясений в исследуемом регионе с помощью регрессионной нормировки параметров по выборке взрывов;

• имеет высокую информативность, поскольку позволяет в большинстве случаев идентифицировать те сигналы, которые с помощью спектрального критерия не распознаются;

• полученные оценки эффективности СВМ свидетельствуют, что этот метод обеспечивает селекцию порядка 80-85% записей землетрясений в диапазоне эпицентральных расстояний 15-40° и, таким образом, применение его для фильтрации (скрининга) региональных явлений в МЦД является целесообразным.

9. Полученные в диссертации результаты по разработке алгоритма метода динамической калибровки приняты к внедрению в НЦД РФ с целью осуществления контроля ДВЗЯИ в районах, где не проводились ядерные испытания.

10. Рассмотренный в диссертации метод динамической калибровки сети станций по данным естественной сейсмичности и спектрально временной метод калибровки района могут найти применение, при распознавании записей промышленных взрывов химических ВВ, «засоряющих» каталоги и бюллетени региональных явлений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Кедров, Эрнест Олегович, 2007 год

1. Отчет по этапу 1 НИР «Прогноз». «Выбор перечня станций МСМ и сбор данных по отдельным районам в пределах региона Центральной Азии». 2004. 74 с.

2. Отчет по этапу 2 НИР «Прогноз». Адаптация существующих критериев идентификации явлений к исследуемым районам Центральной Азии. 2005. 72 с.

3. Итоговый отчет по этапу 3 НИР «Прогноз». «Разработка методов идентификации подземных ядерных взрывов в районах земного шара без предыстории ядерных испытаний». 2006. с.

4. ДВЗЯИ — Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний // Генеральная Ассамблея ООН. 1996. 153 с.

5. IDC 6.5.13. Event screening subsystem software user manual / IDC Documentation. 2001. 108 p.

6. IDC 5.2.1 Rev 1. IDC Processing of Seismic, Hydroacoustic and Infrasonic Data / IDC Documentation. 2002. 326 p.

7. Кедров O.K. Научные и технические основы мониторинга запрещения ядерных испытаний // Комплексные исследования по физике Земли. М.: Наука. 1989. С. 189— 203.

8. Кедров O.K. Метод сейсмологической калибровки международной системы мониторинга с использованием региональных дискриминантов// Докл. РАН. 380. 2001. №3. С. 390-395.

9. Kirichenko V.V., Kraev Yu.A. Results of 1-D location calibration studies related to the territory of Northern Eurasia // Proceed, of the 23rd Seismic Research Reviews / Worldwide monitoring of nuclear explosions. Oct. 2-5. 2001.

10. Richards P.G., Wong-Young Kim, Khalturin V.I. A plan for seismic location calibration of 30 IMS stations in Eastern Asia // Proceed, of the 22nd Annual DoD/DOE Seismic Research Symposium / Planning for verification of and compliance with, 2000.

11. Saikia C.K., Thio H.K, Woods B.B. Path calibration studies in and around the Indian subcontinent // Proceed, of the 22nd Annual DoD/DOE Seismic Research Symposium / Planning for verification of and compliance with the CTBT, Sept. 12-15, 2000.

12. Schultz C., Myers S., Hipp J., Young C. Nonstationary Bayesian Kriging: application of spatial corrections to improve seismic detection, location and identification // Bull. Seism. Soc. Am., 88,1998. P. 1275-1288.

13. Hearn T.M., Ni J.F. Tomography and location problems in China using regional travel-time data // Proceed, of the 22nd Annual DoD/DOE Seismic Research Symposium / Planning for verification of and compliance with the CTBT. Sept. 12-15. 2000.

14. Hearn T.M., Ni J.F. Tomography and location problems in China using regional travel-time data // Proceed, of the 23rd Seismic Research Reviews / Worldwide monitoring of nuclear explosions. Oct. 2-5. 2001. P. 37-45.

15. Кедров O.K., Кедров Э.О. О влиянии подземных ядерных взрывов на региональную сейсмичность // Изв. РАН. Физика Земли. 2002. № 3. С. 194-206.

16. Кедров O.K., Ан В.А., Лаушкин В.А. и др. Методы контроля подземных ядерных взрывов по сейсмическим данным на эпицентральных расстояниях свыше 500 километров // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1990. № 12. С. 31-46.

17. Кедров O.K., Люкэ Е.И. Распознавание ядерных взрывов и землетрясений в Евразии по сейсмическим данным на региональных расстояниях // Изв. РАН. Физика Земли. 1999. №9. С. 52-75.

18. Кедров O.K., Кедров Э.О. Идентификация сейсмических явлений на станции "Талгар" с учетом трассы источник-станция // Изв. РАН. Физика Земли. 2003. № 12. С. 14-22.

19. Кедров Э.О., Кедров O.K. Спектрально-временной метод идентификации сейсмических явлений на расстояниях 15-40° // Изв. РАН. Физика Земли. 2006. № 5. С. 47-64.

20. Rodgers A.J., Walter W.R., Schultz C.A et al. A comparison of methodologies for representing path effects on regional PIS discriminants // Bull. Seism. Soc. Am. 1999. 79. P. 394-408.

21. Нерсесов И.Л., Пристли К, Мартынов В.Г. и др. Советско-американские работы по сейсмическому контролю ядерных взрывов. М.: Наука. 1991. 144 с.

22. Отчет о работах Комплексной сейсмологической экспедиции ОИФЗ РАН по созданию базы данных оцифрованных записей. Талгар. Фонды ИФЗ РАН. 2000. 18с.

23. Кедров O.K., Пермякова В.Е., Поликарпова Л.А., Стеблов Г.М. Методы обнаружения слабых сейсмических явлений в пределах платформ. М.: ОИФЗ РАН. 2000. 101 с.

24. Немытое А.И., Калинина Н.Н. Программная система «Сейсмостанция». Инструкция для эксплуатации системы., адаптированной к ПЭВМ IBM/PC. Отчет механико-математического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова // Фонды ИФЗ РАН. 1994.

25. Кондорская H.B., Аронович З.И., Соловьева O.H., Шебалин Н.В. Инструкция о порядке производства и обработки наблюдений на сейсмических станциях Единой системы сейсмических наблюдений СССР, М. 1982. 272 с.

26. Писаренко В.Ф., Раутиан Т.Г. Статистическая классификация по нескольким признакам // Машинная интерпретация сейсмических волн / Сб. Вычислит, сейсмология. Вып. 2, М.: Наука. 1966. С. 150-182.

27. Dahlman О., Israelson Н. Monitoring underground nuclear explosions / Elsevier Scientific Publishing Company. 1977. 440 p.

28. Dziewonski A., Block S., Landisman M„ Sato Y. A technique for the analysis of transient seismic signals // Bull. Seism. Soc. Am. 1969. Vol. 59. No 1. P. 427-444.

29. Hedlin M„ A.,H., Minster В., Orcutt J. B. An automatic means to discriminate between earthquakes and quarry blasts // Bull. Seism. Soc. Am. 1990. Part B, N. 6. P. 2143-2160.

30. Barker В., Clark M., Davis P. et al. Monitoring nuclear tests // Science. 1998. V. 281. N. 5385. P.1967-1970.

31. Kedrov O.K. Basic scientific and technical principles of monitoring nuclear test ban // Proceed, of the Conference on nuclear test ban verification. Lincoping, Sweden, May 1719, 1988. P. 34-44.

32. Ландер A.B., Левшин А.Л., Писаренко В.Ф. О спектрально-временном анализе колебаний // Сб. Вычислит, сейсмология, вып. 6. М.: Наука. 1973. С. 236-249.

33. Hanka W. Analysis of broadband Rayleigh waves: A possibility for seismic discrimination //J. Geophys. 1982. Vol. 52. P. 165-179.

34. Кедров O.K. Сейсмические методы контроля ядерных испытаний. Москва-Саранск. 2005. 420 с.

35. Sikka S.K., Roy F„ Nair G.J. Indian explosions of 11 May 1998: An analysis of global seismic body waves magnitude estimates // Current Science. 1998. V. t 5, no. 5. P. 486-491.

36. Wallace T.C. The May 1998 InDia and Pakistan Nuclear Tests / Seismic Research Letters. Univers. of Arizona. 1998. P. 7.