Вопросы инженерной сейсмологии: статья

Спектральные характеристики микросейсмического шума и поперечных волн землетрясений Байкальского рифта
Ц.А. Тубанов А.Н. Беседина П.А. Предеин
Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН
Журнал: Вопросы инженерной сейсмологии
Том: 51
Номер: 1
Год: 2024
Страницы: 50-65
УДК: 550.34.016
DOI: 10.21455/VIS2024.1-4
Ключевые слова: микросейсмический фон, поперечные волны, сейсмическая сеть, спектральные характеристики, чувствительность сейсмической сети, широкополосные станции, землетрясение
Аннотация: Сопоставление спектральных характеристик колебаний грунта от землетрясений с уровнем микросейсмического фона в широком диапазоне периодов позволяет проводить оценку возможностей регистрации сейсмических сетей с учетом локальных условий размещения сейсмических станций. На основе вероятностного подхода, который позволяет оценить статистические параметры сейсмических вариаций в частотной области, по записям широкополосных станций построена модель спектра микросейсмического шума для юго-восточного берега оз. Байкал. Исследование амплитудно-частотных характеристик сейсмических волн проводилось на основе записей землетрясений Байкальской рифтовой зоны с магнитудами от 3.5 до 6.9, произошедших в течение 2017–2022 гг. Спектральные амплитуды поперечных волн землетрясений рассчитывались с помощью полосовой фильтрации в неперекрывающихся октавных частотных диапазонах. Сравнение рассчитанных характеристик сейсмических колебаний от землетрясений с модельными микросейсмами позволило оценить возможности регистрации для трех широкополосных сейсмических станций региона. Описанный подход может использоваться для выбора оптимальной по своим характеристикам аппаратуры с учетом локальных условий размещения станций.
Список литературы: Абубакиров И.Р., Гусев А.А., Гусева Е.М., Павлов В.М., Скоркина А.А. Массовое определение моментных магнитуд MW и установление связи между MW и ML для умеренных и слабых камчатских землетрясений // Физика Земли. 2018. № 1. С. 37–51. https://doi.org/10.7868/S0002333718010039

Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология. Теория и методы. Т. 1. М.: Мир, 1983. 360 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

Беседина А.Н., Кабыченко Н.В., Кочарян Г.Г. Особенности сейсмического мониторинга слабых динамических событий в массиве горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013. № 5. С. 20–36.

Беседина А.Н., Тубанов Ц.А., Предеин П.А., Санжиева Д.П.-Д. Комплексный анализ микросейсмического фона Байкальской рифтовой зоны // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: Тезисы XVI Международной сейсмологической школы / Отв. ред. А.А. Маловичко. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2022. C. 21.

Бутырин П.Г., Красилов С.А. Единая система хранения и доступа к геофизическим данным. Традиции и новые подходы // Российский сейсмологический журнал. 2021. Т. 3, № 4. C. 77–87. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2021.4.05

Гилева Н.А., Кобелева Е.А., Радзиминович Я.Б., Мельникова В.И., Чечельницкий В.В. Быстринское землетрясение 21.09.2020 г. (MW = 5.5) в Южном Прибайкалье: предварительные результаты инструментальных и макросейсмических наблюдений // Вопросы инженерной сейсмологии. 2020. Т. 47, № 4. С. 55–71. https://doi.org/10.21455/VIS2020.4-4

Гусев А.А., Павлов В.М., Гусева Е.М. Стохастическое моделирование протяженного очага землетрясения для характеризации сейсмической опасности 3. Способ анализа неопределенности и практическое опробование процедуры // Вопросы инженерной сейсмологии. 2014. Т. 41, № 1. С. 39–56.

Гусев А.А., Петухин А.Г., Гусева Е.М., Гордеев Е.И., Чебров В.Н. Средние спектры Фурье сильных движений грунта при землетрясениях Камчатки // Вулканология и сейсмология. 2006. № 5. С. 60–70.

Дреннов А.Ф., Джурик В.И., Серебренников С.П., Брыжак Е.В., Дреннова Н.Н. Спектры ускорений колебаний, возбуждаемых землетрясениями юго-западного фланга Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2013. Т. 54, № 2. С. 292–301.

Дреннов А.Ф., Джурик В.И., Серебренников С.П., Брыжак Е.В., Дреннова Н.Н. Основные параметры спектров ускорений при землетрясениях с М ≥ 5 для Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2015. Т. 56, № 5. С. 984–994. https://doi.org/10.15372/GiG20150508

Добрецов Н.Л., Буслов М.М., Василевский А.Н. Геодинамические комплексы и структуры Забайкалья, их отражение в гравитационных полях // Геология и геофизика. 2019. Т. 60, № 3. C. 301–317. https://doi.org/10.15372/GiG2019021

Дягилев Р.А., Сдельникова И.А. Уникальная научная установка «Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира» // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13, № 2. Ст. 0591. 8 с. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0591

Крылов С.В., Мандельбаум М.М., Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Селезнев В.С. Недра Байкала (по сейсмическим данным). Новосибирск.: Наука, 1981. 105 с.

Маловичко А.А., Габсатарова И.П., Дягилев Р.А., Мехрюшев Д.Ю., Зверева А.С. Оценка регистрационных возможностей сейсмической сети в западной части Северного Кавказа через геометрию сети и локальный уровень микросейсмических шумов // Сейсмические приборы. 2020. Т. 56, № 3. C. 35–60. https://doi.org/10.21455/si2020.3-3

Предеин П.А., Тубанов Ц.А. PPSDAnalyzer (Анализ спектральной плотности мощности микросейсмического шума): Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU2022683207. Дата регистрации: 02.12.2022.

Раутиан Т.Г. Энергия землетрясений // Методы детального изучения сейсмичности (Труды ИФЗ АН СССР, № 9 (176)). М.: ИФЗ АН СССР, 1960. С. 75–114.

Раутиан Т.Г., Халтурин В.И. Спектральные свойства коды местных землетрясений как инструмент изучения очагового излучения // Докл. АН СССР. 1976. Т. 226, № 3. С. 566–569.

Раутиан Т.Г., Халтурин В.И., Закиров М.С., Земцова А.Г., Проскурин А.П., Пустовитенко А.Н., Пустовитенко Б.Г., Синельникова Л.Г., Филина А.Г., Шенгелия И.С. Экспериментальные исследования сейсмической коды. М.: Наука, 1981. 142 с.

Скоркина А.А., Гусев А.А. Определение набора характерных частот очаговых спектров для субдукционных землетрясений Авачинского залива (Камчатка) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58, № 7. С. 1057–1068. https://doi.org/10.15372/GiG20170708

Солоненко А.В. Зависимость затухания сейсмических волн от энергии землетрясений и энергетическая классификация близких землетрясений // Сейсмичность и сейсмогеология Восточной Сибири. М.: Наука, 1977. С. 74–84.

Солоненко А.В., Кочетков В.М. Энергетическая классификация землетрясений // Сейсмическое районирование Восточной Сибири и его геолого-геофизические основы / Под ред. В.П. Солоненко. Новосибирск: Наука, 1977. С. 79–91.

Солоненко В.П. Сейсмотектоника и современное структурное развитие Байкальской рифтовой зоны // Байкальский рифт. М.: Наука, 1968. С. 57–71.

Суворов В.Д., Тубанов Ц.А. Распределение очагов близких землетрясений в земной коре под центральным Байкалом // Геология и геофизика. 2008. Т. 49, № 8. С. 805–819.

Суворов В.Д., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Шелудько И.Ф. Земная кора и ее изостатическое состояние в Байкальской рифтовой зоне и сопредельных территориях по данным ГСЗ // Геология и геофизика. 1999. Т. 40, № 3. C. 304–316.

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. https://doi.org/10.31857/S0203030620040069

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. 2021а. 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. 2021б. Т. 3, № 4. C. 38–57. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2021.4.03

Тубанов Ц.А., Беседина А.Н., Предеин П.А., Санжиева Д.П.-Д. Структура и вариации микросейсм центральной части Байкальского рифта по данным наблюдений локальной сейсмической сети // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса от океана к континенту: Материалы научной конференции, Иркутск, 18–21 октября 2022 г. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2022. С. 299.

Akkar S., Bommer J.J. Influence of long-period filter cut-off on elastic spectral displacements // Earthq. Eng. Struct. Dyn. 2006. V. 35, Iss. 9. P. 1145–1165. https://doi.org/10.1002/eqe.577

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 // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45, Iss. 8. P. 3436–3444. https://doi.org/10.1002/2017GL076690

Atkinson G.M. Single-station sigma // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2006. V. 96, N 2. P. 446–455. https://doi.org/10.1785/0120050137

Atkinson G. Empirical evaluation of aleatory and epistemic uncertainty in Eastern ground motions // Seismol. Res. Lett. 2013. V. 84, N 1. P. 130–138. https://doi.org/10.1785/0220120096

Boore D.M. Simulation of ground motion using the stochastic method // Pure Appl. Geophys. 2003. V. 160, Iss. 3–4. P. 635–676. https://doi.org/10.1007/PL00012553

Boore D.M. Long-period ground motions from digital acceleration recordings: A new era in engineering seismology // Directions in Strong-Motion Instrumentation / Eds. P. Gülkan, J.G. Anderson. Dordrecht: Springer, 2005. P. 41–54. https://doi.org/10.1007/1-4020-3812-7_3

Boore D.M., Bommer J.J. Processing of strong-motion accelerograms: Needs, options and consequences // Soil Dyn. Earthq. Eng. 2005. V. 25, Iss. 2. P. 93–115. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2004.10.007

Brune J.N., Archuleta R.J., Hartzell S. Far-field S-wave spectra, corner frequencies, and pulse shapes // J. Geophys. Res. 1979. V. 84, Iss. B5. P. 2262–2272. https://doi.org/10.1029/JB084iB05p02262

Cauzzi C., Clinton J. High- and low-noise model for high-quality strong-motion accelerometer stations // Earthq. Spectra. 2013. V. 29, N 1. P. 85–102. https://doi.org/10.1193/1.4000107

Clinton J.F., Heaton T.H. Potential advantages of a strong-motion velocity meter over a strong-motion accelerometer // Seismol. Res. Lett. 2002. V. 73, N 3. P. 332–342. https://doi.org/10.1785/gssrl.73.3.332

D’Alessandro A., Greco L., Scudero S., Lauciani V. Spectral characterization and spatiotemporal variability of the background seismic noise in Italy // Earth Space Sci. 2021. V. 8, Iss. 10. Art. e2020EA001579. 26 p. https://doi.org/10.1029/2020EA001579

Edwards B., Ntinalexis M. Defining the usable bandwidth of weak-motion records: Application to induced seismicity in the Groningen gas field, The Netherlands // J. Seismol. 2021. V. 25, Iss. 4. P. 1043–1059. https://doi.org/10.1007/s10950-021-10010-7

Emanov A.F., Emanov A.A., Chechel’nitskii V.V., Shevkunova E.V., Radziminovich Ya.B., Fateev A.V., Kobeleva E.A., Gladyshev E.A., Arapov V.V., Artemova A.I., Podkorytova V.G. The Khuvsgul earthquake of January 12, 2021 (MW = 6.7, ML = 6.9) and early aftershocks // Izv. Phys. Solid Earth. 2022. V. 58, Iss. 1. P. 59–73. https://doi.org/10.1134/S1069351322010025

Evangelidis C.P., Melis N.S. Ambient noise levels in Greece as recorded at the Hellenic Unified Seismic Network // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2012. V. 102, N 6. P. 2507–2517. https://doi.org/10.1785/0120110319

Hough S.E. Observational constraints on earthquake source scaling: Understanding the limits in resolution // Tectonophysics. 1996. V. 261, Iss. 1–3. P. 83–95. https://doi.org/10.1016/0040-1951(96)00058-3

Maranò S., Edwards B., Ferrari G., Fäh D. Fitting earthquake spectra: Colored noise and incomplete data // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2017. V. 107, N 1. P. 276–291. https://doi.org/10.1785/0120160030

Mayeda K., Walter W.R. Moment, energy, stress drop, and source spectra of western United States earthquakes from regional coda envelopes // J. Geophys. Res. 1996. V. 101, Iss. B5. P. 11195–11208. https://doi.org/10.1029/96JB00112

McNamara D.E., Buland R.P. Ambient noise levels in the continental United States // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2004. V. 94, N 4. P. 1517–1527. https://doi.org/10.1785/012003001

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, Iss. 1. P. 2095–2122. https://doi.org/10.1080/19475705.2020.1830187

Peterson J.R. Observations and Modeling of Background Seismic Noise. Open-File Report 93-322. Albuquerque, NM: USGS, 1993. 94 p. https://doi.org/10.3133/ofr93322

Rautian T.G., Khalturin V.I., Fujita K., Mackey K.G., Kendall A.D. Origins and methodology of the Russian energy K-class system and its relationship to magnitude scales // Seismol. Res. Lett. 2007. V. 78, N 6. P. 579–590. https://doi.org/10.1785/gssrl.78.6.579

Sevim F., Zor E., Açıkgöz C., Tarancıoğlu A. Ambient noise levels and characterization in Aegean region, Turkey // J. Seismol. 2018. V. 22, Iss. 2. P. 499–518. https://doi.org/10.1007/s10950-017-9720-y

Webb S.C. Seismic noise on land and on the sea floor // International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology. V. 81, Part A. Academic Press, 2002. P. 305‒318. https://doi.org/10.1016/S0074-6142(02)80222-4