научная статья по теме ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОБРОТНОСТИ СРЕДЫ ПО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОБРОТНОСТИ СРЕДЫ ПО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 1, с. 54-62

УДК 550.347

ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОБРОТНОСТИ СРЕДЫ ПО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ

© 2014 г. О. К. Кедров1, Э. О. Кедров2

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Геофизический центр РАН, г. Москва E-mail: kedrov_oleg@mail.ru Поступила в редакцию 13.02.2014 г.

В настоящей работе для анализа землетрясений в Центральной Азии применен спектральный метод оценки добротности среды QP по региональным продольным волнам. С этой целью использовались записи землетрясений из Ирана, зарегистрированные на станциях ASF (Иордания) и EIL (Израиль). Оценка добротности QP проводилась с использованием амплитуд региональных волн Р по данным из бюллетеня REB Международного центра данных в Вене. Расчет параметра QP проводился с использованием исследовательской программы "Quality". Цель работы заключалась в выяснении вопроса о возможности применения данного метода оценки QP для разных по условиям распространения сигналов районов. Показана возможность применения предложенного оперативного метода оценки QP в разных по условиям распространения сигналов районах.

DOI: 10.7868/S0002333714050020

1. ВВЕДЕНИЕ

Исследования по оценке добротности среды QP и зависимости ее от частоты сигнала рассматривались в литературе неоднократно и, в частности, в работах [Evernden et al., 1986; Sereno et al., 1988; Нерсесов и др., 1991]. В настоящей работе применен спектральный метод оценки добротности среды QP по региональным продольным волнам для анализа землетрясений в Центральной Азии с использованием записей землетрясений из Ирана на станциях ASF (Иордания) и EIL (Израиль). При этом применен подход, при котором используются записи на двух станциях от одного источника.

2. МЕТОДИКА АНАЛИЗА И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДАННЫЕ

Методика анализа сейсмических сигналов, применявшаяся для оценки QP по данным об амплитудах региональных продольных волн Р, рассматривалась в работе [Кедров О.К., Кедров Э.О., 2013]. Поэтому здесь достаточно лишь напомнить, что в настоящей работе для оценки QP использовались амплитуды Амакс волн Р из бюллетеня Международного центра данных (МЦД) в Вене со станций ASF (Иордания) и EIL (Израиль) до эпицентров иранских землетрясений.

Район Центральной Азии, в котором расположены станции ASF и EIL, данные которых использовались при расчетах QP, показан на рис. 1.

Параметры очага иранских землетрясений, которые использовались для оценки добротности по продольным волнам (QP), представлены в табл. 1. Как уже отмечалось в работе [Кедров О.К., Кедров Э.О., 2013], расчет параметра QP во временной области производится после фильтрации сигналов однооктавным симметричным полосовым фильтром 2—4 Гц, имеющим центральную частоту 3 Гц. Такой фильтр применяется в МЦД в Вене для фильтрации всех сигналов перед проведением обработки региональных сигналов.

На рис. 2 в качестве иллюстрации приведена запись землетрясения из Ирана от 24.06.2003 г., полученная на станциях ASF (Иордания) и EIL (Израиль) и обработанная с целью вычисления добротности QP.

В левой части рис. 2 показаны записи данных сигналов на вертикальной компоненте и в правой части — спектры волн P по 30-секундным фрагментам, которые в крупном масштабе даны над каждым сигналом.

В рассматриваемом методе добротность QP вычисляется по формуле (1):

Qp =

п lg в ((/2А2 - /А)} (lg a - lg л2 - lg G + lg G )vp'

где:

Af = Sf)G1exp(-n/iAi/ QpVp), Ä2(f) = S(f)G2exV(-n/2^ 2/QpVp).

(1)

(2) (3)

30°

MINC

TAV^kr, CJ y

SYRIA

. ,..- ' LEBANON

IRAQ

Dead Sea

ISRAEL SYRIAN JORDAN DESERT

_s_

GREAT SALT DESERT

PLATEAU OF IRAN

SAUDI ARABIA

bah:

t $çp p

rain oman

40°

50°

Рис. 1. Схема расположения станций ASF и EIL в Центральной Азии, которые использовались для оценки добротности.

ASF 24.06.2003

Отсчеты х104

1.0 N 0.5 К 0 0.5 1.0

нм/Гц 104

pq

103 102 101 100 10-1

10-21

13:04:00 13:06:00 13:08:00 13:10:00 10-1

13:05:00 13:07:00 13:09:00 Время

нм/Гц

Отсчеты

х104 2000 1500

EIL 24.06.2003 ^

N

1000

Щ 500 S 0 —500 -1000 -1500 -2000

.U ... ... ... ■ . ■■■ . . ■■

104 103 102 101 100 10-1

10-2 13:10:00 10-1

13:04:00 13:06:00 13:08:00

13:05:00 13:07:00 13:09:00 Время

N4

1

4 к.--

\ '

2 ' V . л .

чД "У vi{

_i_I_I_I_I_1111

_|_I_I_I_■ ■ ■ ■

10°

101

Частота, Гц

100

101

Частота, Гц

Рис. 2. Пример обработки сигналов от землетрясения в Иране от 24.06.2003 г., зарегистрированных на станциях ASF и EIL, с целью вычисления Qp по методу, изложенному в работе [Кедров О.К., Э.О. Кедров, 2013].

Таблица 1. Параметры очага иранских землетрясений, использованных для расчетов QP

N Дата Т * о Ф, ^ X, °Е т и, Н, км

1 22.03.05 17:27:28.2 27.84 52.86 4.2 4.3 0

2 03.05.05 07:21:08.7 33.79 48.76 4.6 4.1 0

3 13.05.05 02:55:08.5 35.45 46.21 3.8 2.9 0

4 14.05.05 18:05:00.0 30.74 56.92 5.0 4.7 43 ± 20

5 14.06.05 22:14:35.4 27.37 53.85 4.5 3.4 0

6 29.06.05 17:50:41.9 31.14 49.70 4.0 3.5 0

7 30.06.05 02:41:57.0 31.16 49.66 3.9 2.9 0

8 10.01.05 18:47:30.7 37.16 54.45 4.7 4.8 33 ± 3

9 08.03.05 19:07:52.3 27.84 54.4 4.3 3.5 0

10 01.07.05 21:56:48.9 28.44 55.92 3.6 - 0

11 08.07.05 10:48:25.1 27.33 52.88 3.8 - 0

12 12.07.05 08:04:28.8 27.10 56.02 4.2 3.4 38 ± 39

13 22.07.05 06:58:08.9 31.77 50.02 4.1 3.3 0

Здесь А1 и А2 — спектральные амплитуды волны Р на станциях 1 и 2, находящихся на расстояниях А! и Д2 от заданного источника (Д2 > А1); Б(/) — спектр сигнала в источнике на частоте /; /1 = /2 (Гц) — текущая частота колебаний при ис-

пользовании спектрального анализа для оценки добротности QP.

Таким образом, для расчета QP требуются только значения максимальных амплитуд А1 и А2 волн Р, зарегистрированных на станциях 1 и 2 от одного

Таблица 2. Зависимость геометрического расхождения О(А) от расстояния А для Н = 0 и 33 км [Коган, 1975]

Д° С(Д) Д° С(Д)

Н = 0 км Н = 33 км Н = 0 км Н = 33 км

5-10 0.378 0.079 15 15.5 0.314 0.315 0.086 0.091

10 0.378 0.079 16 0.316 0.095

10.5 0.362 0.075 16.5 0.321 0.099

11 0.347 0.070 17 0.326 0.102

11.5 0.338 0.072 17.5 0.332 0.105

12 0.328 0.074 18 0.337 0.108

12.5 0.325 0.077 18.5 0.352 0.123

13 0.322 0.080 19 0.368 0.138

13.5 0.320 0.082 19.5 0.410 0.165

14 0.317 0.084 20 0.453 0.192

14.5 0.316 0.085

Таблица 3. Оценка QP и ар во временной области по данным записей волн Pn иранских землетрясений на станциях ASF и EIL

№ Дата, H, км Станция А, км ^вст Az, град 5\М, град А ^max' нм ^пробега м:с Vp, км/с (Гр)ср, км/с Шср, ар = nf/Qv, км-1

1 03.03.05 ASF 1911 02:57:12.5 280 8 0.8 2:03.8 7.54 7.43 142

H = 0 EIL 2119 02:57:51.3 272 0.2 2:48.8 7.31 8.93 х 10-3

2 14.06.05 ASF 1719 22:18:13.4 292 10 3.0 3:38.1 7.88 7.86 106

0 EIL 1863 22:18:33.2 282 0.6 3:57.8 7.83 11.31 х 10-3

3 30.06.05 ASF 1213 02:44:34.1 279 15 1.7 2:37.1 7.72 7.76 191

0 EIL 1420 02:44:59.3 264 0.5 3:02.3 7.9 6.36 х 10-3

4 01.07.05 ASF 1871 22:00:45.3 287 8 0.3 3:16.4 9.53 8.76 174

0 EIL 2042 22:01:05.2 279 0.1 4:16.3 7.98 6.18 х 10-3

5 12.07.05 ASF 1930 08:08:06.5 292 9 1.8 3:37.7 8.86 8.44 177

38 ± 39 EIL 2079 08:08:46.0 283 0.5 4:17.2 8.08 6.31 х 10-3

6 22.07.05 ASF 1239 07:00:49.4 275 10 2.5 2:40.5 7.72 7.78 108

0 EIL 1459 07:01:16.1 265 0.4 2:57.2 7.79 11.1 х 10-3

7 10.01.05 ASF 1696 18:51:03.4 256 5 0.5 3:33.6 7.98 8.40 162

0 EIL 1988 18:51:36.4 251 0.3 4:05.1 8.09 6.92 х 10-3

8 22.03.05 ASF 1610 17:30:55.0 291 10 2.1 3:26.8 7.94 7.88 106

0 EIL 1756 18:51:36.4 281 0.4 3:44.7 7.81 11.3 х 10-3

9 08.03.05 ASF 1760 17:30:55.0 291 10 1.1 3:26.8 7.94 7.88 410

0 EIL 1914 18:51:36.4 281 0.7 3:44.7 7.81 11.3 х 10-3

10 23.04.05 ASF 1982 08:52:55.5 289 8 2.1 3:26.8 8.01 8.01 134

0 EIL 2143 08:53:15.1 281 0.6 3.44.7 8.01 11.3 х 10-3

11 03.05.05 ASF 1121 07:23:34.1 264 10 2.1 3:26.8 7.71 7.74 176

0 EIL 1383 07:24:06.4 254 0.4 3:44.7 7.78 11.3 х 10-3

50°

40°

30°

20°

' CP с о о A. PDAR ° о

1 ( \<Х \( Ös ' * ' • Щ <s> о

-130°

-120°

110°

-100° -95°

Рис. 3. Схема расположения станций PDAR и ELK в США и область эпицентров землетрясений (в пунктирном контуре), записи которых использовались для оценки добротности Qp во временной области.

источника на заданной частоте спектра/1 = /2 = 3 Гц. Частота в 3 Гц выбрана в МЦД как преобладающая для обработки региональных сигналов.

Кажущаяся скорость ¥Р анализируемого сигнала вычислялась как средняя величина для заданной трассы по известным значениям времени пробега Р-волны и эпицентрального расстояния из соотношения УР = А/тР, где тР — время пробега (с) от источника до станции.

Значение геометрического расхождения О(А) в зависимости от эпицентрального расстояния А и глубины Н для источника, находящегося в земной коре или вблизи дневной поверхности в диапазоне региональных расстояний (10° < А < 20°), бралась согласно оценкам, полученным в работе [Коган, 1975] (табл. 2).

Следует подчеркнуть, что значения параметра С(А), приведенные в табл. 2, базируются на предположении о том, что среда, в которой распространяются сейсмические волны, является однородным, идеально упругим или поглощающим полупространством.

Необходимым условием применения данного метода оценки 0Р является близость условий распространения сигналов от источника до станций 1 и 2 и приближенное равенство азимутов на источник (Ас1 и Л£2) с данных станций.

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В настоящей работе в качестве первого приближения принято условие, согласно которому параметр S|Az\ = \Azi-Az2\ < 25°, однако в дальнейшем это условие следует уточнить. В табл. 3 параметр S|Az\ показывает, насколько сильно различаются азимуты (по модулю) на эпицентр каждого землетрясения на станциях 1 (ASF) и 2 (EIL) при применении указанного правила.

В табл. 3 приведены результаты расчета QP во временной области для землетрясений из Ирана по записям станций ASF и EIL.

Здесь уместно напомнить, что данный метод оценки QP первоначально был представлен в работе [Кедров О.К., Кедров Э.О., 2013] на основе анализа выборки землетрясений из Южной Калифорнии на станциях PDAR и ELK. Район США, в котором расположены станции PDAR и ELK и эпицентры землетрясен

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.

Показать целиком