Введение к работе
В диссертационной работе изложены результаты исследований автора по разработке оперативного метода динамической калибровки (МДК) станций Международной системы мониторинга (МСМ) Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) с целью решения важной научной и практической задачи идентификации подземных ядерных взрывов (ПЯВ) и землетрясений в районах без предыстории ядерных испытаний
Рассмотрен также случай калибровки района, в котором имеются данные по регистрации одного-двух калибровочных взрывов и представительной выборки землетрясений
Актуальность работы
В диссертационной работе представлены результаты исследований автора по разработке алгоритма метода динамической калибровки сейсмических станций Международной системы мониторинга (МСМ) Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) в районах, где не проводились ядерные испытания Выполнение данной работы связано с решением важной научной и практической задачи «Разработка методов идентификации подземных ядерных взрывов в районах земного шара без предыстории ядерных испытаний в интересах контроля соблюдения ДВЗЯИ», выполнявшейся в рамках государственного контракта № 240/65 от 19 марта 2004 г в интересах МОРФ
Рассмотрен также случай калибровки района, в котором имеются данные по регистрации одного-двух калибровочных взрывов и представительной выборки землетрясений
МСМ создана для обеспечения контроля ДВЗЯИ в любых средах (в воздухе, под землей и под водой) с помощью сейсмической и других геофизических сетей станций и Международного центра данных (МЦД)
Опыт работы прототипа МСМ показал, что эта система сможет обеспечить эффективный контроль ДВЗЯИ только после проведения специальной кинематической и динамической калибровок станций
Кинематическая калибровка сводится к уточнению времен пробега сейсмических волн и позволяет повысить точность оценки параметров гипоцентра явлений, обнаруживаемых МСМ Большой объем работ в этом направлении уже выполнен в рамках международных исследовательских программ
В частности, такие исследования были проведены для обширных территорий в Евразии с использованием данных по подземным ядерным взрывам и мирным ядерным взрывам, проводившимся в СССР, Индии и Пакистане, США, Китае и других районах мира
Динамическая калибровка позволяет выяснить частотно-временные особенности объемных и поверхностных волн, характерные для подземных ядерных взрывов (далее взрывов) и землетрясений в различных регионах земного шара, и она необходима для проведения надежной и эффективной идентификации явлений Исследования в этом направлении еще только начинаются
По мере того, как будут исследованы особенности условий распространения сигналов по различным трассам, в МЦД станет возможным проводить фильтрацию сейсмических явлений природного происхождения (землетрясений, горных ударов и т п )
при обеспечении нулевого пропуска явлений искусственного происхождения (различного типа взрывов, техногенных катастроф и т п )
Необходимость такой фильтрации явлений очевидна, поскольку огромный поток информации, поступающей в МЦД, создает значительные нагрузки при проведении комплексной обработки обнаруженных сигналов, в то время как явления естественного происхождения не представляют интереса при мониторинге ДВЗЯИ
Для проведения калибровки нужны данные о взрывах - параметры источника и сами записи сигналов в цифровой форме Частично эта проблема решается с использованием архива записей взрывов, проведенных на ряде испытатетьных полигонов, однако этих данных недостаточно, и в районах, где взрывы не проводились, в условиях запрещения ядерных испытаний, возникает необходимость проведения специальных калибровочных подземных химических взрывов
В то же время, осуществление таких калибровочных взрывов требует много времени и значительных финансовых затрат Поэтому вопросы использования диагностических критериев (дискриминантов), разработанных для районов, в которых имеется статистика по взрывам и землетрясениям, в других районах, где данные по взрывам отсутствуют, имеют важное значение и сейчас интенсивно исследуются
В работах О К Кедрова с соавторами предложен новый метод калибровки дискриминантов для регионов, где взрывы не проводились, путем адаптации их к базовому региону с использованием данных только по естественной сейсмичности
В качестве базового региона в этом методе используется стабильный платформенный район Евразии, включающий Семипалатинский испытательный полигон (СИП) в Казахстане и полигон Лобнор в Китае, оценки региональных критериев идентификации явлений в котором были получены по большим выборкам взрывов и землетрясений при разработке метода идентификации взрывов и землетрясений в Евразии
В диссертационной работе изложены результаты исследований автора по разработке алгоритма и исследовательской программы для метода динамической калибровки (МДК) сейсмических станций с целью идентификации явлений в районах без предыстории ядерных испытаний на основе метода, предложенного в работах [Кедров О К, 2001, Кедров О К и др , 2001, Кедров О К, Кедров Э О , 2003]
Дополнительно автором разработаны алгоритм и исследовательская программа для спектрально-временного метода (СВМ) идентификации сейсмических явлений в диапазоне расстояний 15^0 для случаев, когда в исследуемом районе имеются данные регистрации одного-двух калибровочных взрывов и представительной выборки землетрясений Необходимость использования этого диапазона расстояний обусловлена малой плотностью сети станций МСМ в ряде районов мира, недостаточной для надежной идентификации ПЯВ и землетрясений по данным только с региональных расстояний (Л < 15)
Актуальность задачи, решаемой в диссертационной работе, таким образом, заключается в разработке новых алгоритмов и программ калибровки станций МСМ, обеспечивающих эффективный контроль ДВЗЯИ в регионах, где ранее взрывы не проводились, по данным естественной сейсмичности (без привлечения специальных химических калибровочных взрывов)
Цель работы
Основная цель диссертационной работы заключается в разработке алгоритма и исследовательской программы для МДК по данным естественной сейсмичности, обеспечивающей идентификацию взрывов и землетрясений на станциях МСМ в диапазоне расстояний 5-40 в районах, где взрывы не проводились
Дополнительно в диссертации разработан алгоритм и исследовательская программа спектрально-временного метода (СВМ) идентификации взрывов и землетрясений на эпицентральных расстояниях 15-40 для случая, когда в регионе имеются данные по одному-двум калибровочным взрывам и представительная выборка данных по землетрясениям Необходимость использования этого диапазона расстояний обусловлена малой плотностью сети станций МСМ в ряде районов мира, которая оказывается недостаточной для надежной идентификации ПЯВ и землетрясений
В ходе работы решались следующие основные задачи
разработка алгоритма и исследовательской программы МДК на отдельной станции для региона, в котором взрывы не проводились,
оценка эффективности калибровки и идентификации явлений для отдельных трасс источник-станция,
сравнение калибровочных коэффициентов 6Л для дискриминантов в зависимости от особенностей геолого-тектонического строения на разных трассах источник-станция,
составление алгоритма и программы СВМ для идентификации явлений по корот-копериодным волнам 1' в диапазоне расстояний 15-40 в регионе Центральной Азии для случая, когда в регионе имеются данные по одному-двум взрывам и землетрясений
Научная новизна
В диссертационной работе разработан алгоритм и исследовательская программа для нового метода динамической калибровки станций по отношению к районам, где взрывы не проводились, основанный на использовании данных только по естественной сейсмичности Этот метод позволяет проводить идентификацию региональных явлений в любом сейсмоактивном регионе земного шара по набору дискриминантов во временной и частотной областях путем адаптации их к базовому региону с известными характеристиками записей взрывов и землетрясений
Метод калибровки дискриминантов и распознавания взрывов и землетрясений по сейсмическим записям на региональных расстояниях для районов, где не проводились ядерные взрывы и, который бы базировался только на данных по естественной сейсмичности в этих районах рассматривается впервые
Основные защищаемые положения
Разработан алгоритм и исследовательская программа МДК с использованием данных по естественной сейсмичности для районов, где не проводились взрывы
С использованием МДК проведена идентификация двух взрывов в Индии и Пакистане, подтверждающая правомерность данного метода калибровки станций МСМ по данным естественной сейсмичности
Экспериментальные оценки показывают, что МДК обеспечивает высокую эффективность идентификации сейсмических сигналов природного происхождения (порядка 95%), что согласуется с оценками для метода идентификации явлений в Евразии
Показано наличие связи между условиями распространения сигналов по различным трассам источник-станция и величиной калибровочных коэффициентов затухания для всех используемых в диссертации дискриминантов
Разработан алгоритм и исследовательская программа спектрально-временного метода идентификации явлений по Р-волнам в диапазоне расстояний 15-40 для районов, в которых имеются данные по одному-двум калибровочным взрывам
Практическая значимость работы
Полученные в диссертации результаты по разработке метода и алгоритма динамической калибровки сейсмических станций МСМ приняты для внедрения в Национальном центре данных РФ и будут использованы в оперативной работе при контроле Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний
Апробация работы и публикации
Работа и ее результаты неоднократно обсуждались на научных семинарах в Геофизическом центре РАН Наряду с этим результаты работы докладывались на ученом совете ГЦ РАН
По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатные работы, а также результаты отражены в 3-х научных отчетах ГЦ РАН
Структура и объем работы
