Нетрадиционный подход к восстановлению частотной характеристики локальной сейсмологической сети

Сейсмологический мониторинг рудников Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС) ведется с 1995 г. с помощью сети сейсмопавильонов, установленных в горных выработках. Для решения ряда частных задач сейсмомониторинга (например, изучения механизмов очагов сейсмических событий) необходимо располагать информацией об амплитудных и фазовых частотных характеристиках сейсморегистрирующих каналов (АЧХ и ФЧХ). К сожалению, данная информация достоверно известна бывает на этапе установки аппаратуры либо после специальных и трудоемких процедур калибровки [1]. В ходе эксплуатации сейсмологического оборудования вследствие ряда факторов (замена кабелей при их обрывах, перемещение сейсмоприемников, дрейф характеристик сейсмоприемников и телеметрических модулей вследствие агрессивного влияния среды) может происходить неконтролируемое изменение АЧХ и ФЧХ.

Для отслеживания изменений и, при необходимости, восстановления характеристик регистрирующей аппаратуры локальных сейсмологических сетей могут использоваться сигналы от удаленных источников – землетрясений, происходящих в различных районах мира [2]. На рисунке 1а показан пример записи Р-волн от землетрясения с магнитудой Mb 6.1, произошедшего 3 февраля 2008 г. в районе озера Танганьика, Центральная Африка, полученной локальной сетью ОАО «Сильвинит».

В первом приближении можно предполагать, что если длина волн в сейсмических сигналах существенно превышает размеры локальной сети (расстояния между сейсмопавильонами), то сигналы должны быть одинаковы по амплитуде и сдвинуты во времени на величину, зависящую от относительного расположения сейсмопавильонов, направления прихода волны и ее скорости.

В частотной области это выражается в том, что

• •    амплитудные спектры сигнала от удаленного землетрясения для различных сейсмопавильонов одинаковы;

• •    различие фазовых спектров сигнала определяется положением сейсмопавильонов, а также направлением и скоростью прохождения сигнала через локальную сеть. Учитывая, что размеры сетей сейсмомониторинга на ВКМСК составляют менее 10 км, для анализа амплитудных и фазовых характеристик сейсморегистрирующих каналов должны выбираться землетрясения, происходящие на расстояниях более 2000 км, поскольку при этом сигналы в Р-волнах имеют кажущиеся

отслеживать их изменения с течением времени на основе массового анализа записей землетрясений.

В ГИ УрО РАН реализован следующий порядок анализа характеристик сейсморегистрирующих каналов.

На первом этапе выполняется оценка относительных частотных характеристик каналов:

• •    производится отбор записей удаленных землетрясений с четкими сигналами (за один месяц берется 3-8 землетрясений);

  
  
  
  
  
  

длины волн вдоль земной поверхности порядка 10-25 км. Практика сейсмомониторинга показывает, что подобных землетрясений фиксируется достаточное количество - порядка десяти в месяц. Это дает возможность восстанавливать характеристики каналов и

• •    выполняется расчет относительных АЧХ и ФЧХ для одного землетрясения (отношения АЧХ каналов к АЧХ некоторого вы -бранного базового канала - dA i ( f ) = A i ( f ) / A R ( f ) ; разница ФЧХ кана-

• лов с ФЧХ базового канала – ∆ϕi(f)=ϕR(f)-ϕi(f));

• •    производятся анализ изменения частотных характеристик и их осреднение по совокупности землетрясений в заданный интервал времени;

• •    составляется журнал относительных характеристик каналов.

На втором этапе для всех полученных характеристик выполняется проверка каналов:

• •    производится выбор эталонного сигнала (может использоваться запись землетрясения, полученная альтернативной и калиброванной аппаратурой, например стационарной станцией телесейсмической сети);

• •    сопоставляются восстановленные записи локальных сетей и эталонного сигнала;

• •    результаты сопоставления восстановленных записей с эталоном протоколируются.

Рисунок демонстрирует результаты применения описанных процедур к типичной сейсмограмме землетрясения. По результатам работ первого этапа определен набор dA_i ( f ) и Δ ϕ _i ( f ) , использующий в качестве базового канала датчик s28, характеризующий данный промежуток времени. Эффект от введения данных характеристик в исходные записи показан на рисунке, б. Как видно, восстановленные записи (в отличие от исходных) имеют корректный вид – одинаковую полярность, форму и амплитуду первых вступлений. На втором этапе в качестве эталона взят широкополосный канал BHZ федеральной сейсмостанции «Соликамск» с известными значениями ЧХ. Запись по данному каналу транс