220 likes | 424 Views
Байкальский филиал Геофизической службы СО РАН. Методы обработки сейсмической информации службой срочных донесений БФ ГС СО РАН при сильных землетрясениях. Папкова А.А., Хритова М.А. IV Всероссийской научно-практической конференции «Геодинамика и минерагения Северо-Восточной Азии».
E N D
Байкальский филиал Геофизической службы СО РАН Методы обработки сейсмической информации службой срочных донесений БФ ГС СО РАН при сильных землетрясениях Папкова А.А., Хритова М.А. IV Всероссийской научно-практической конференции «Геодинамика и минерагения Северо-Восточной Азии» г. Улан-Удэ, 26-31 август 2013 г.
Сейсмичность Прибайкалья и Забайкалья Карта эпицентров землетрясений Прибайкалья и Забайкалья за период 1950-2009гг. 1
Региональная сейсмическая сетьПрибайкалья (BYKL) 1 – ЦСС Байкальского филиала ГС СО РАН, 2 – ЦСС Бурятского филиала ГС СО РАН, 3 – активные в кайнозое разломы. • ЦСС Байкальского филиала ГС: • три короткопериодных сейсмометрических канала повышенной чувствительности N-S, E-W, Z, регистрирующие скорости колебаний (сейсмометры СМ–3, СМ–3КВ), примерно от 0,01-0,1 мкм/с до 100-1000 мкм/с; • три грубых канала NSg, EWg, Zg (сейсмометры ОСП-2М), регистрирующие ускорения до 100-500 см/с2. • Полоса пропускания на уровне 0,9 Vm у ЦСС “Байкал-11”- 0,5-20Гц. Частота дискретизации 100 Гц. Cтанция «Иркутск» является региональным центром сбора и обработки материалов наблюдений по данным всех сейсмостанций филиала в срочном режиме. Станция «Иркутск» участвует в службе срочных и оперативных донесений ГС РАН, ГС СО РАН, а также обеспечивает оперативное оповещение главных управлений МЧС России по Иркутской области, Республики Бурятия и Забайкальскому краю и местных органов исполнительной власти о землетрясениях. 2
Карта эпицентров сильных землетрясений Байкальского региона, поданных по ССД за период 01.01.2012-01.08.2013 Количество срочных донесений и среднее время их подачи за период 2004–2012 гг. 3
Функциональная схема ИС для мониторинга сейсмической активности Прибайкалья 4
Экран приема станционных данных в центре сбора Среднее время подачи срочных донесений в службу МЧС с момента землетрясения – 15 мин. • «Routine Reports Viewer (2RV)» – приложение для визуализации срочных донесений, станционных протоколов, содержащих информацию об основных параметрах землетрясений. • Резидентная программа, работает в автоматическом режиме. • Назначение – быстрое определение основных характеристик землетрясения по результатам станционных обработок. 5
Результаты работы программы «Routine Reports Viewer» (2RV) Визуализация результатов станционной обработки землетрясения 16 июля 2011г., полученная за 15 минут • Локация эпицентра землетрясения методом засечек • Карта с изосейстами • Теоретическая интенсивность колебаний 6
Программный комплекс «Send_Agent & Receive_Agent» Автоматическая передача фрагментов записей волновых форм землетрясений средствами Internet с сети сейсмостанций в центр сбора информации в режиме времени, близком к реальному. • «Receive_Agent» регистрирует волновые формы землетрясений в ЦСИ: • проверка сервера на наличие записей, • сохранение, классификация записей, • уведомление сотрудников о событии, • запуск программы автоматической обработки региональных землетрясений. • «Send_Agent»пересылает интервалы записей, с превышением установленного критерия по амплитудам колебания, в ЦСИ: • поиск фрагмента записи с превышением критерия, • выделение временного интервала записи (сдвиг от Amax назад на 80-90 сек. и вперед 50-60 сек.), • архивирование полученного файла, • подключение Интернет-соединения (модем), • отправка файла в адрес центра сбора, • отключение Интернет. Основные функции программного комплекса «Send_Agent&Receive_Agent» 7
Программный комплекс «Send_Agent & Receive_Agent» Целью разработки программного комплекса «Send_Agent & Receive_Agent» является необходимость в своевременном получении в центре сбора исходных цифровых записей землетрясений, регистрируемых сейсмическими станциями, что позволяет проводить централизованную обработку всех зарегистрированных сейсмических записей в центре сбора. При событии с энергетическим классом Kр10 в течение 2–5 мин с момента землетрясения в ЦСИ оказываются записи не менее чем с 8 сейсмостанций. Приложение «Receive_Agent» при получении записей сети станций на примере землетрясения 24 апреля 2013 г. с Kp=9.1 (Култук, Слюдянка – 3б). 8
Алгоритм распознавания сейсмограммы регионального землетрясения Классификация зарегистрированных событий на региональные землетрясения (EQ), далекие события (D) и помехи (N) В основе алгоритма предложена методика анализа графика огибающей и аппроксимирующей его функции для выбранного участка сейсмограммы, имеющего характерное затухание значений амплитуд. На основании описанного алгоритма разработан программный модуль, включенный в систему сбора первичных материалов наблюдений («Receive_Agent»). Внедрение модуля распознавания записей региональных землетрясений позволило сократить количество ложных запусков программы автоматической обработки землетрясений «AutoBykl». 9
Реализована методика автоматического детектирования сейсмического сигнала (STA/LTA) – определение моментов вступления прямых продольных Pg и поперечных Sg волн (Freiberger, 1963). • Превышение коэффициента SNR позволяет предполагать обнаружение вступления волн Pg и Sg. Автоматическая обработка региональных землетрясений Цель оперативной автоматической обработки – определение основных параметров регистрируемого землетрясения: – местоположения эпицентра, географических координат (широты 0 и долготы 0); – времени возникновенияt0; – величины энергетического класса Kр и магнитуды M. Методика автоматической обработки региональных землетрясений Прибайкалья и Забайкалья • Для локации эпицентра землетрясения необходимо успешное детектирование вступлений волн PgиSg на записях трех и более сейсмостанциях. • При решении задачи о гипоцентре минимизируется сумма квадратов невязок моментов вступлений сейсмических волн (С.И. Голенецкий, 1984): - моменты вступления соответствующих волн на i-станцию; H – средняя мощность земной коры, полагаемая равной 40 км; h – глубина очага; vPg=6.15 км/c; vSg=3.58 км/c; vcp=6.4 км/c (средняя скорость распространения P-волн в земной коре по данным ГСЗ); di – эпицентральное расстояние i-станции в км. Глубина очага на первом этапе не определяется, а задается равной 10 км. 10
Область применения алгоритма автоматической обработки региональных землетрясений Прибайкалья • Рассматриваются региональные события с расстояниями до сейсмостанций менее 180 км, так как на таких расстояниях записи содержат только прямые Pgи Sg волны. • Действующая схема расположения сейсмостанций и оснащенность их средствами связи с Интернет позволяют выделить две области в БРЗ, где возможна автоматическая локация эпицентров землетрясений: • первая охватывает участок от станции Орлик (ORL) до Закаменска (ZAK) и Тыргана (TRG), • вторая – от Нижнеангарска (NIZ) до Бодайбо (BOD) и Нелят (NLYR). 11
Интерфейс приложения “AutoBykl_m” c результатами детектирования сейсмических волн на примере записи сейсмостанции “Улюнхан” (YLYR) землетрясения 18 октября 2012 г. с KР=9.9 12
Интерфейс “AutoBykl_m” c результатами автоматической обработки землетрясения 18 октября 2012 г. с KР=9.9 13
Результаты автоматической обработки землетрясения 01.10.2012 г. с KР=11.8 по мере поступления записей с сейсмостанций (программа «AutoBykl») Через ~ 2-3 мин с момента землетрясения по записям 3 станций было получено первое решение: определены координаты эпицентра, время в очаге и энергетический класс. Разница в определении местоположения эпицентра с ручной обработкой – 2.5 км. 14
Использование дополнительных записей Алтае - Саянского региона в автоматической обработке землетрясений 15
Карта эпицентров землетрясений Прибайкалья и Забайкалья, полученных в автоматическом режиме за период с 01.01.2012 по 10.04.2013 гг. За период с 01.01.2012 по 10.04.2013 гг. зарегистрировано и обработано в автоматическом режиме 194 землетрясения В течение 3–7 мин с момента возникновения землетрясений известны основные параметры произошедшего события: время в очаге, географические координаты, сила события – энергетический класс и магнитуда. Распределение нормированного количества сейсмических событий N относительно разности d между определением географ. координат по оперативному каталогу и автоматическим определением N 75% событий имеют разность в определении координат очага до 7 км 16
Для улучшения надежности и качества автоматического мониторинга землетрясений Прибайкалья и Забайкалья необходимо: • оснащение всех станций рассматриваемого региона бесперебойными средствами связи с Интернет, • организовать получение цифровых записей в режиме реального времени со станций приграничных территорий соседних регионов (Бурятский, Алтае-Саянский и Якутский филиалы ГС СО РАН), • открытие новых сейсмостанций, улучшающих геометрию сети. 17
Заключение В результате улучшения связи между центром сбора и сейсмостанциями Байкальского филиала, а также разработки соответствующего ПО: • производится мониторинг сейсмичности Прибайкалья и Забайкалья в режиме реального времени; • осуществляется оперативный контроль за работой аппаратуры ЦСС в удаленном режиме; • снижены сроки подачи срочных донесений о сильных землетрясениях в структуры МЧС. Служба срочных донесений в Прибайкалье позволяет оперативно оценивать интенсивность сотрясений на различных эпицентральных расстояниях и выполнять предварительную оценки сейсмобезопасности промышленных и гражданских объектов. В высокосейсмичном Байкальском регионе остро ощущается недостаток цифровых сейсмических станций, количество которых влияет на детальность и результативность сейсмологических исследований. 18