ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 428, № 4, с. 536-541
= ГЕОФИЗИКА
УДК 550.34
МАЛОАПЕРТУРНАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ АНТЕННА "МИХНЕВО": НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗУЧЕНИЯ СЕЙСМИЧНОСТИ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ © 2009 г. И. А. Санина, О. А. Черных, О. Ю. Ризниченко, С. Г. Волосов
Представлено академиком В.В. Адушкиным 06.04.2009 г. Поступило 06.05.2009 г.
По результатам сейсмического мониторинга Геофизической службы РАН (ГС РАН) последних лет природная сейсмичность на Восточно-Европейской платформе (ВЕП) существует. За период 2003—2007 гг. на ВЕП зарегистрировано более 40 сейсмических событий с 1.5 < М< 4.5 тектонической и предположительно тектонической природы [1]. По данным [2] большинство регистрируемых событий на ВЕП является промышленными взрывами. Все это свидетельствует об актуальности разработки надежных критериев идентификации сейсмических событий для ответа на вопрос о реальной тектонической активности ВЕП.
Наиболее эффективным средством изучения слабой сейсмичности показали себя малоапер-турные сейсмические группы (антенны).
Малоапертурная сейсмическая антенна (МСА) "Михнево" установлена в 2004 г. с целью мониторинга и локации слабых сейсмических событий на региональных расстояниях. При ее создании учитывались традиционные требования к сейсмическим группам малой апертуры [3, 4]. Для установки антенны выбрана площадка в пределах геофизической станции ИДГ РАН "Михнево" в сравнительно слабо заселенном Ступинском районе Московской области, в 70 км к югу от Москвы. МСА "Михнево" располагается на осадочных породах; этим она отличается от других антенн, которые устанавливались на скальных массивах. Породы фундамента залегают на глубине 1.1 км.
Уровень спектра мощности микросейсм по смещениям на частоте 1 Гц на антенне "Михнево" составляет в среднем 2 нм2/Гц, на частоте 10 Гц — 5 • 10-4 нм2/Гц, что сравнимо с уровнем шума на антенне GERESS [3]. При этом корреляция шумов в пределах апертуры группы спадает до не-
Институт динамики геосфер Российской Академии наук, Москва Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук, Москва
значительных величин (<0.2) уже на расстоянии около 300 м. Это создает достаточно хорошие возможности для регистрации антенной слабых (M< 2) региональных сейсмических событий [5].
Конфигурация МСА "Михнево" показана на рис. 1. Антенна состоит из центрального вертикального сейсмоприемника, установленного в штольне на глубине около 20 м, и периферийных датчиков — девяти вертикальных и двух трехком-понентных, установленных в герметичных контейнерах на глубине 0.5 м. Сейсмические каналы антенны собраны на базе короткопериодных сейсмометров СМ3-КВ. Регистрация сейсмической информации ведется в системе GMT, привязка по времени — посредством GPS. Относительная точность привязки между каналами составляет 5 мс, точность привязки к UTC не хуже 10 мс.
Для потоковой обработки данных используется программа EL (Event Locator) [6]. Результаты
330'
С
0
300'
33 Л = 600 м 270°
240'
90°
120°
180° Ю
Рис. 1. Конфигурация антенны "Михнево". Трехком-понентные датчики выделены кружками. Точка 0 — шахта.
о
МАЛОАПЕРТУРНАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ АНТЕННА "МИХНЕВО"
537
автоматической локации просматриваются и корректируются оператором.
После ввода МСА "Михнево" в эксплуатацию было зарегистрировано более 3000 событий различной природы: региональных и телесейсмических землетрясений, а также карьерных взрывов. МСА регистрирует практически все землетрясения мира с магнитудой М > 5.5, а на территории ВЕП все события, начиная с М = 1.5 на расстояниях до 400 км. Азимутальное распределение регистрируемых событий показывает, что группа наилучшим образом регистрирует события с южного и юго-западного направлений.
В настоящее время не существует надежных критериев идентификации сейсмических событий для ВЕП.
Анализ карт эпицентров относительно слабых сейсмических событий, зарегистрированных МСА "Михнево", показал, что в основном они формируют компактные группы, которые можно отождествить либо с известными карьерами, либо с сейсмоактивными областями в пределах Восточно-Европейской платформы. Согласно данным [7], применение критериев идентификации событий, разработанных для Киргизии и Семипалатинска, показало, что все события, произошедшие в радиусе 50—500 км от МСА "Михнево", можно отнести к взрывным источникам, что косвенно подтверждается распределением этих событий по времени: почти все события регистрируются в светлое время суток — c 10 до 18 ч по московскому времени, из них менее 5% в выходные дни.
Известно, что каждый карьер имеет свою технологию проведения взрывных работ, которая влияет на частотный состав сейсмической записи. В силу этого было решено создать банк данных типовых "портретов" волновых форм, регистрируемых на МСА "Михнево", в зависимости от технологии проведения взрывных работ и строения среды вдоль трасс распространения сейсмических лучей.
Примеры записи волновых форм для шести карьеров и двух землетрясений, а также спектральный состав сигналов приведены на рис. 2. Полосу фильтрации подбирали индивидуально для каждого карьера в зависимости от того, по какому типу волн проводилась идентификация. Хорошо видно, что форма записи и спектральный состав заметно различаются, например, для Стойленского и Лебединского карьеров, расположенных примерно на одинаковом расстоянии от МСА "Михнево". Также установлено различие в форме записи от взрыва к взрыву для каждого карьера (рис. 3). Отметим, что для спектрального состава большинства сигналов, регистрируемых МСА "Михнево", характерно наличие высокочастотной компоненты, что, возможно, объясняет-
ся особенностью строения верхней части коры в районе расположения антенны.
Магнитуда региональных событий по данным станции "Михнево" вычисляется на основе формулы, используемой для расчета локальной маг-нитуды в МЦД для событий на локальных и региональных расстояниях от эпицентра (А < 15°) [8]. Нами реализован подход расчета по первым вступлениям — Р§— или Рп-волнам. Для построения локальной калибровочной кривой использовались взрывы на Курской магнитной аномалии и землетрясения в Крыму и на Кавказе на эпицен-тральных расстояниях до 12°. В результате была получена формула
Иь = ^А + 1.961ё А + 0.18.
Здесь 1§ А = 0.51§(А^хд - А^л); А^л - средний квадрат амплитуды в "длинном" окне перед первым вступлением (его длина не менее 10 с), т.е.
.2
это средний квадрат уровня шума; А8хл — средний квадрат амплитуды в "коротком" окне после первого вступления. Длина "короткого" окна была выбрана в 2.5 с. Амплитуда измерялась в нм/с.
Одним из результатов деятельности сейсмической антенны "Михнево" явилось снижение маг-нитудного порога регистрации слабых сейсмических событий в центральной части ВЕП до М = 2. На рис. 4 представлены изолинии минимальной магнитуды событий, регистрируемых имеющимися в настоящее время системами наблюдений: малоапертурной антенной "Михнево" и станцией "Обнинск" ГС РАН [9].
Таким образом, впервые на территории Центральной части России создана малоапертурная сейсмическая антенна, которая позволяет эффективно вести мониторинг слабой сейсмической активности Восточно-Европейской платформы. Включение МСА в систему сейсмологических наблюдений на территории ВЕП снижает порог регистрации событий на единицу магнитудной шкалы по сравнению с одиночными станциями, входящими в систему ГС РАН.
По данным МСА "Михнево" большинство сейсмических событий, зарегистрированных в центральной части РФ, являются промышленными взрывами. Создан каталог типовых волновых форм для ряда карьеров, что позволяет повысить качество идентификации сейсмических событий. Данные о карьерных взрывах по результатам наблюдений на МСА публикуются в ежегодных сборниках "Землетрясения России" [10].
Результаты сейсмического мониторинга совместно с анализом других геофизических полей и геолого-тектоническими данными могут быть использованы для детального сейсмического районирования.
О
И
К К
м
>
г
м о о
чо
0.3-20.0
0.7-5.0
2.5-5.0
3.0-6.0
3.0-12.0
3.0-10.0
3.0-6.0
8.0-16.0
,, 1
, ,1
111
, ,1
1 10 Частота, Гц
250 Время, с
Рис. 2. Записи карьерных взрывов и землетрясений группой "Михнево". Приведены фильтрованные нормированные записи по одному вертикальному каналу с указанием эпицентральных расстояний. Слева показана полоса фильтрации. Взрывы подписаны курсивом. Справа показан энергетический спектр сигнала (сплошная линия) для первых 2 с записи и микросейсмического шума (штриховая линия) в течение 20 с до начала записи.
£
я 8
тз
мкм/с '3.3
3.2
1.3
1.2
1.1
23.11.2004 12:55:14 вМТ 0.5—20.0 Гц ,
ШшШН
—^—'-
08.02.2005 11:09:21 вМТ V, мкм/с 0.5-20.0 Гц
3.3
12:55:14 12:55:34 12:55:54 12:56:14 12:56:34 12:56:54
вмт
21.12.2004 12:09:02 вМТ 0.5-20.0 Гц
11:09:21 11:09:41 11:10:01 11:10:21 11:10:41 11:11:01
вмт
12.02.2005 12:05:21 вМТ 0.5-20.0 Гц
3.2
3.3
1.3
МИ
"1.2
41ММ
1.1
^т
1 о
-1
3.3
"3.2
1
12:09:02 12:09:22 12:09:42 12:10:02 12:10:22 12:10:42
вмт
12:05:21 12:05:41 12:06:01 12:06:21 12:06:41 12:07:01
вмт
Рис. 3. Записи различных взрывов на Щуровском карьере в районе г. Коломна.
540
САНИНА и др.
с.ш.
56°
52°
48°
44°
24°
28°
32°
36°
40°
в.д.
3.0
4.5
Рис. 4. Сейсмичность ВЕП по данным наблюдений на МСА "Михнево" в 2004—2006 гг.: 1 — региональные землетрясения, 2 — события, зарегистрированные только группой "Михнево", 3 — карьеры. Изолинии порога регистрации: 4 — для группы "Михнево" (MHV), 5 — для станции "Обнинск" (OBN).
1
4
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 07—05—02105—э_к, 08-05-00487-а, 05-05-02106-э_к и научной школы НШ-341.2008.5.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы / Под ред. Н.В. Шарова, А.А. Мало-
вичко, Ю.К. Щукина. Кн. 1. Землетрясения. Петрозаводск: Карел. науч. центр РАН, 2007. 381 с.
2. Адушкин В.В., Спивак А.А., Соловьев С.П. и др. // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2000. № 6. С. 554—563.
3. Harjes H.P. // Bull. Seismol. Soc. Ame
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.