Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование временной структуры короткопериодных микросейсм и высокочастотных сейсмических шумов Копетдагского сейсмоактивного региона

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование временной структуры короткопериодных микросейсм и высокочастотных сейсмических шумов Копетдагского сейсмоактивного региона"

-7 О 1 з 9

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О. Ю. ШМИДТА

На правах рукописи УДК. 550.34

ИШАНКУЛИЕВ Аллаяр

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ КОРОТКОПЕРИОДНЫХ МИКРОСЕЙСМ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ КОПЕТДАГСКОГО СЕЙСМОАКТИВНОГО РЕГИОНА

Специальность — 04.00.22. — геофизика

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 1992

Работа выполнена в Институте сейсмологии АН Туркменистана

Научные руководители:

Член.-корр. РАН, доктор физико-математических наук, профессор

А. В. НИКОЛАЕВ

кандидат физико-математических наук Б. С. КАРРЫЕВ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Е. М. ЛИНЬКОВ

кандидат физико-математических наук А. М. ПОЛИКАРПОВ

Ведущая организация:

Институт геологии АН Азербайджана

Защита диссертации состоится « * ^¿хЛХ-Ь^бч с~ 1992 г-в часов на заседании Специализированного совета К 002.08.04 ор-

дена Ленина Института физики Земли им. О. 10. Шмидта РАН, по адресу: 123810, Москва, Д—242, Б. Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ РАН.

Автореферат разослан « *

1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат ф.-м. н.

А. Д. ЗАВЬЯЛОВ

.1 ВВЕДЕНИЕ

Короткопериодные микросейсмы (КМ) 1-10 Гц , высокочастотные сейсмические шумы (Ю1Ю 10-100 Гц, сейсмо-акустические шумы (САШ)более 100 Гц.связаны с действием внешних и внутренних источников. Внешние источшнш-волнение волы в водоёмах, шум горных рек,порывы ветра,дождь, работа различных механизмов, транспорт, и т.д.«создают довольно значительный фон,особенно на урбанизированных территориях. Действие внутренних - эндогенных источников короткопериодных микросейсм и высокочастотных сейсмического шума остается пока мало изученным. Имеющиеся результаты (Рыкунов ЛИ, Хаврошкин 0. Б., Цыплаков В. К 1979,. 1980, 1983, 1984; Каррыев В. С., 1984; Вшшик Л. Е , Гальперин Б. И., Петерсек К а , 1986; КаррЫев Б. С., Николаев А. В. и др., 1984; Гальперин Е. И., Ситников А. В., Кее-. Т1шский с. и. и др. ,1987) показывает, что наблюдаемые эффекты связи КМ и ВСШ с длинопериодными волновыми и деформационными процессами выражены неустойчиво, как в. пространстве, так и во времени.

Актуальность исследований определена:

- необходимость» расширения наших знаний, разработки методов гюнтроля (мониторинга) геодинамических процессов; . .

- необходимостью решения вопроса о связи микросейсм с развитием процессов разной природы. - сейсмических, гидрогеодинамичес-ких, геохимических;

- имеющимися данными о фактах изменений характеристик КМ и ВСШ в период подготовки сильных землетрясений и возможного их использования как предвестникового явления; '

• - возможным использованием КМ и ВСШ, связанных с техногенными воздействиями на горные породы ( изменение напряженного .состояния при добыче нефти и газа, создшпш искуственных водохранилищ ) для контроля изменений напряженного состояния среды и определения безопасных режимов эксплуатации месторождений и водохранилищ;

- необходимостью выбора методов и средств подавления помех, планирования сейсмологических наблюдений на стационарных и передвижных сетях.

Цель» работы является исследование пространственно-временной структуры короткопериодных микросейсм и высокочастотных

сейсмических шумов,для выявления возможной свяби параметров этих процессов с естественными и искуственныыи воздействиями различной природы,при этом особое внимание уделено исследованию' мало изученного феномена - кваэипериодичесюш короткопериодным сейсмическим колебаниям и кваэипериодическим вариациям интенсивности высокочастотного сейсмического шума.

Задачи исследования:

- систематизация данных о микросейсиических шумах, регистрируемых на региональных сейсмических станциях,и в частности на станциях Туркменистана и классификация их по формам проявления;

- разработка методики обработки и анализа микросейсмических шумов по данным различных систем наблюдения (стандартные сейсмометрические каналы, ЧИСС ' аппаратура,резонансные сейсмоприемни-ки,материалы передвижных сейсмических станций);

- выявление в короткопериодних микросейсшх' признаков их экзогенной природы;

- исследование связи квазипериодических сигналов с возможными источниками;

- выявление возыогаой связи параметров микросейсмичёского поля с сейсмической активностью региона.

Защищаемые положения; '

- Предложена классификация микросейсиических шумов по частотному составу и природе возникновения.

- Предложен единый методический подход к'анализу длительных рядов наблюдений КМ, БСШ, характеризующихся большим динамическим 'и частотным разбросом и разнородностью'форм материалов наблюдений.

- Устойчиво выделен феномен в шкросейсмическом поле -кзазигармонический сигнал, утверждается наличие связи' статистических характеристик этого явления с сейсмической активность« региона.

• - Утвервдается существование связи поведения статистических характеристик КМ и БОИ с сейсмической активностью в регионе и утверздается необходимость систематического подхода к изучению микросейсмических шумов всех классов и их комплексного анализа.

Научная новизна:

Впервые проведен анализ и систематизация многолетних Непрерывных наблюдений, осуществлявшихся различными

типам« аппаратуры-- короткопериодшш каьаяаш СКМ-З,частот -

но-избирательными станциями ЧИСС и нестандартными уэкополосными каналами регистрации ВСШ.

На основании анализа и систематизации данных о КМ и БСШ :

- выявлены и наследованы новые, неизвестные ранее типы сейсмических сигналов - квааипериодические и ВСШ с периодической формой огибающей;

- исследованы особенности связи микросейсмичесгаге шумов о экзогенными процессами (ветром,атмосферным давлением,температурой воздуха в приземном слое) и техногенными источниками шума; выявлены эндогенные вариации характеристик микросейсмических шумов,наблюдавшиеся после возникновения местных землетрясений , и сильного Газлийского землетрясения 1984г.;

- установлена взаимосвязь изменений структуры КМ и ВСШ с сейсмичностью района наблюдения;

- на основании изучения КМ на станциях региональной сети сейсмических наблюдений Туркменистана,даны рекомендации по развитию и оптимизации сети сейсмических наблюдений.

Практическая ценность работы заключается в установлении факторов, формирующих мчкросейсмич-зский Фон на региональных сейсмических станциях Туркменистана и использовании полученных материалов для организации новых сейсмических станций. Выявление закономерности пространственно-временного режима квазипериодических сиганалов могут быть использованы для планирования аналогичных исследований в других районах,а также НИР,ориентированных на. прогноз землетрясений и поиск полезных ископаемых;

Установленая связь БСШ с сейсмичностью позволяет развить новые методы изучения геодинамических процессов,исследования их природы.

" Апробация работы. Основные положения работы и результаты докладывались и обсуждались на Республиканских научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов Туркменистана (г.Ашхабад, 1983--1988г. г.), на школе-семинаре рабочей группы ШССС по сейсмологии микромаситаба (г.Ашхабад, 1987г.,г.Сухуми 1988г.), на научном семинаре Отдела экспериментальной геофизики 1153 АН СССР (г. Москва, 1987-1991) на Всесоюзном совещании по вопросам сейсмологии и сейсмостойкого строительства, посвяш?нном 40-летию Ашхабадского землетрясения 1948г. (г. Аихабад, 1988г.) на школе-семинаре молодых ученых "Актуальные проблемы геофизики" (г.Переславль, 1990г.), на международном симпозиуме "Геодезия и

сейсмология" (г. Ереван, 1989г.), на Всесоюзных конвенциях г.Иркутск, 1990 г., г. Фрунзе, 1990г., на семинарах в Институте геологии АН Азербайджана, г. Баку и в НИИ Физики при ЛГУ, г. Ленинград, 1991г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 нучных работах и изложены в двух отчетах по НИР по заданию ГШ СМ СССР 073. 01.02. Н2а и дополнительному заданию ШГГ СМ СССР ( Постановление N 401 от 01.09.86 ).

Использованный материал. В работе использованы данные, полученные с участием автора в ходе экспериментального исследования сейсмических шумов лабораторией инструментальных сейсмологических исследований ( ныне экспериментальной сейсмологии) ИС АНТ í>a 1982-1990г. г., материалы наблюдений сети региональных сейсмических станций-ИС АНТ, материалы наблюдений передвижных сейсмических станций КОЫСЭ ИС АНТ по заданиям лаборатории инструментальных сейсмологических исследований ИС АНТ, данные Гидрометцентра Туркменистана.

Объем и структура диссертации;

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит /¿3> страниц машинописного текста. •?2- рисунков, /О таблиц и список литературы из !-fb наименований.

Автор благодарен своим научным руководителям за постоянное вшивание и помощь в анализе результатов.

Автор'выражает глубокую признательность сотрудникам Института сейсмологии Туркменистана .оказавшим помощь в проведении сейсмических наблюдений и обработке данных: Е. Г. Канелы.в статистических расчетах, сотрудникам йЮ АН СССР к. т. н. Хаврошкину, к. ф.-ы. н. Цыплакову В. В.,. н. с. Рыкунову л. JL , Горбатикову A. R ва дискуссию и критику.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ.

ВЭ' Еведении дало краткое изложение круга вопросов, определяющих содержание работы, актуальность поставленных задач и цель исследований, а также сформулированы основные положения, выносимые автром на защиту. . (

- 7 -Глава I.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ МИКРССЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НЕДР ЗЕМЛИ.

В главе приводится обеюр развития знаний о микросейсмах и высокочастотных сейсмических шумах. ■

Еще в 1904 г. Е-Вихертом предложена первая теория, объясняв дая возникновение микросейсм, как результат воздействия морских волн на побережье. Создание Б. В. Голицыным электродинамического сейсмографа позволило провести первые обширные научные исследования микросейсм, положившее начало системетическому из учет по кикросейсмических колебаний. Одним из важных выводов Б. Б. Голицына явилось установление связи между развитием микросейсмической активности и действием штормов на морях и океанах и предполола-ние о связи характеристик микросейсм со строением среды, в частности, с присутствием переносных слоев.

Последующими исследованиями установлено, что микросейсмические колебания существуют в широком диапазоне частот ( от сотен долей герц до нескольких килогерц ), а их амплитуды варьируют в интервале от нескольких микрон до долей нанометра ( Бонч-ковский В.Ф. ,1946; Дарбешир И. ,1954; Рыкунов Л. Я ,1967 .

Исследованию микросейсм с периодами выше 1 секунды посвящены работы ЛП.Винника (1968), ИБата (1980) , А. А. Островского (1982), ЕПири (198?), в которых развиты методы детального анализа микросейсмических колебаний, получены новые представления о природе источников микросейсм, структуре их волнового поля.

Щумы в диапазоне частот 0.2-100 Гц изучались в Северной Америке («ротил Г. ,1963). Сделан еывод, что сейсмический шум возникает вблизи поверхности и состоит преимущественно из поверхностных волн рэлеевского типа В то «а время есть примеры, когда устанавливается объемный характер микросейсмических шумов ( Винник Л. П., Пручкина И.М., 1964; Бат М. .Хорвард X ,1973 ). В самых "тихих" местах континента короткопериодные микросейсмы представляют собой объемные продольные волны с большими кажущимися скоростями ( около 20 км/сек ) в диапазоне 0.5-5 Гц ( Вин-ник Л. П., 1968).

Результаты, полученные Л. Н. Рыкуновым, 0. Б. ЗСаврошкиным и & К Цыплаковым в 70-х годах, подтвердили предположения об зндо-

генной природе слабых сейсмоакустичесга« сигналов, наблюдавшихся ешэ в конце прошлого века Де Росси в Италии, и высказанные в 50-х годах Г. А. Гамбурцевьм и Б. И. Гальпериным мысли о том, что наблюдавшиеся ими в полосе частот 20-60 Гц сейсмические шумы связаны с внутренними, а не о поверхностными источниками.

Детальные исследования на континентальных пунктах выявили узкие пики в спектре сейсмического шума в диапазоне частот 1-4 Гц. В частности.такой пик зарегистрирован в Дании (Хьонтерберг Э. ,1977),в Финляндии ( Пирхонен С. «Лусота К ,1977 ) и Чехословакии ( Плешингер А., Виялан Е.,1974 ). Узкие пики в спектре сейсмического шума от гидроэлектростанций и возможность их подавления обсуждаются в ряде исследований (Бунгум X.,Рисбо Т.,1981.Хь-сртенберг Э. ,1975, Троицкий П. А. ,1980 ).

Стационарность присутствия, а также сильная амплитудно-частотная зависимость сейсмических шумов от типа и состава грунтов используется в сейсмическом микрорайонировании ( Вильсон С. ,1953; Канаи К ,Такана Т. ,1961)\

Выводы.

-Произведена систематизация различных проявлений микросейсмических шумов по частотному составу и возможной природе их возникновения.

-Сделан вывод, что для выявления устойчивых параметров микросейсмических' шумов и изучения их спектрально-временной структуры необходим анализ' длительных рядов наблюдений с применением достаточно простых приемов анализа, приемлемых для широкого класса проявлений микросейсмических суш в. Необходимо при этом учитывать пространственное размещение регистрирующих'станций и условия регистрации.

Глава II.

АППАРАТУРА,МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ,ОБРАБОТКА ДАННЫХ.

Для анализа в работе использовались материалы, полученные как на-региональных станциях Туркменистана,так и в ходе полевых наблюдений с использованием специальной аппаратуры.

В настоящее время для наблюдений за сейсмичностью региона используются 22 сейсмические станции Института сейсмологии АНТ и 9 автономных сейеМостанций "Земля" ПО Туркменгеология. Основные

сведения о сейсмических станциях и характеристика условий их раслоложшш приведены в работе.

Кроме этого использовались-записи, полученные па передвижных сейсмостанциях (ПСС). С 1982 г. на с/ст. "ВановекиЛ"исполвзов&гась такте частотно-избирательная сейсмическая станция (ЧИСС) конструкции К. К. Запольского. Специальная .узкополосная аппаратура, реализу-'Ъятая метод узкополосной фильтрации ( Гоноровский IÍ.C. ,1977 ),была установлена в районе п. "Первомайский".

Обработка данных регистрации КН и БСШ проводилась в несколько этапов: определялась устойчивая характеристика для описания процессов КМ и ВСЕ; осуществлялось построение с различной детальностью временного ряда характеристик сейсмического шума; исследог.ачнсь полученные временные ряды IIM н ВСШ на предмет обнаружения устойчивых во времени компонент н аномалий; сопоставлялись данные анализа временных рядов характеристик сейсмического шума с различными экзогенным! процессами. Для формирования данных о пространственно-временной структуре микросейсмических колебаний в системе региональных сейсмических наблюдений использовалась следующая методика.

1. lia сейсмограммах выделялись через кадчкй час участки записи КМ продоляигелыгостьп 2 минуты, ка этих участках ( свободных от записи посторонних сигналов - землетрясений, взрывов и других нерегулярных факторов ) сплошным промером измерялись двойные амплитуды колебаний и соответствующие им периоды ;

2. Результаты измерений группировались в выборке, характеризующей частоту повторения отдельных периодов для каждого часа 'наблюдений. Точность измерений определяла шаг группировки и за- . ;висела от используемой развертки записи и измерительного инструмента.

■ 3. Но данным группировки результатов . измерений строилась гистограмма, характеризующая зависимость повторения видимых периодов сейсмических иумов tJ-f(Ti). Она определялась по результатам суточных выборок Определялся преобладающий период мякро-сейсмическнх колебаний ( Т пр.), как максимум на гистограмме.

Задача подобной обработки состояла в боруированаи такого . массива данных Ai и Ti, которчй тлзгокй* бы устойчиво в уделить ■' ypoBni! MV!'"r.i-ioe:!eM.'i'-;r-cifi'!X колебаний к гном диапазон«» р-'-гиот-! paiни и np-vJHfíKTS: их временной ход длл рчечбга «фквой допусти' мых увеличений ко;-откопериодяой чппчратурн. СГро.'от^ по описан-

ной схеме позволила получить необходимые данные для исследования пространственно-временных особенностей цикросейсмического шума в региональной системе сейсмических наблюдений и дать практические рекомендации по открытию новых сейсмических станций в регионе.

В исследование фона сейсмических шумов привлекались материалы, полученные с использованием ЧИСС-аппаратуры. 11а сейсмограммах с записью микросейсмических колебаний по каждому каналу ое-гистрации короткопериодного варианта ЧИСС выделялись участга! различной длительности и на них измерялись средние значения записи колебаний ( A fi). Затем по полученным значениям строился временной ряд A fi(t).соответствующий каждому частотному каналу регистрации ЧИСС- аппаратуры, значения A fi(t) пересчитывались в смещения.

Материалы наблюдения ВСШ, полученные с использованием нетрадиционных каналов регистрации ( узкополосные датчики с выделением огибающей процесса ) потребовали для обработки и представления данных иного подхода. В этом случае регистрируется амплитуда огибающей узкополосного процесса ВСШ в диапазоне частот десятки герц (15, 30, 40 и др.).Для ее временной характеристики использовались в работе два подхода:

-формирование временного ряда ВСШ го данным измерений с рагличной длительностью среднего уровня записи A fi(t).

-формирование временного ряда САШ по данным просчета с выбранным шагом dt числа выбросов N sa средний уровень записи ( А выбр. > 1/2 А ср ) J-N(t), где J - интенсивность процесса на частоте регистрации Г.

Определялись следующие статистические характеристики ВСШ Среднее значение ( уровень ЕРШ ) находился осреднением мгновенных значений сигнала X(t) в пределах dt. Интёрвал осреднения из условия dt>6C .где С-постоянная времени узкополосного фильтра.

Среднее значение квадрата в пределах интервала dt. Спакральная плотность мощности

где xCt.f, t) - участок п{юцесс& X(t) на.выходе уькополос-ного фильтра с полосой пропускания дГ и центральной частотой Г Ejj6jOctj ( условная интенсивность ВСШ) - число превышений

сигналом Х(1) выбранного уровня дискретизации за интервал времени Л.

Приведенные характеристик!! микросейсшкеских иумсв и ВСШ и их изменение во времени явились основой для анализа временной структуры Ш и ВСШ, пояска их связи с, различным:: геофизическими проявлениями.

Другим исследуемым в работе типом сейсмического шума является сигнал характерной квазипериодической фор),и (1ШС) .проявляющийся на записях сейсмических станций, располотенных в Аихабадс-ком сейсмоактивном районэ. Природа происхождения этого сигнала неизвестна. Поэтому, с целью анализа его характеристик и ретема возникновения использована следующая схема обработки:

-на сейсмографах, полученных стш!дартными сейсмометричеки-ми каналами регистрации (СКМ-3, ВЭГИК, ОМ-3) выделяется начало (Ьн) и конец сигнала (Ьк);

-измеряются моменты времени,, соответствующие началу и ганцу сигнала. В качестве Ьн ¡г Ьгс выбирается моменты, соответствующие выделен!!» КПС на Фоне других микросейсмических коропсопернодных колебаний.

-на выделенном участке Ьк-Ьн-д^Ссек) по 10 колебаниям сигнала определяется средняя амплитуда Лс=2А'1/Ю и средний период = квазипериодического сигнала. . .

При анализе всех видов шумов для выделения периодичпостей во временном ряду использовалась схема Вой-Балло ( Серебренников М. Г. .Нервозванский А. А. ,1965).Схема выявления периодичпостей с ' помощью линейных селективных преобразований задается формулой:

где 1- продолжительность процесса, Т- отрезок наибольшей возможной продолжительности, К- целое число. Ее применение осуществляется путем последовательного прозедашм преобразований исходного процесса, отличающихся значением параметра- _ пробного периода Подсчитывается средний интервал между наибольшим максимумом (минимумом), принимаемым за исходное значение пробного периода с последующим расчетом в некотором диапазоне вблизи него. Поиск проводился в различных диапазонах ( Ишанкулиез А., Капель Е. Г. ,1930 )

Обработка данных и статистический анализ временных рядов проводился ка ЭВМ по программам, подготовленным в сотрудничестве

с Е. Г. Канадец. В исследовании использовались также материалы, Комплексной опытно-методической экспедиции Института сейсмологии АНТ, полученные по наблюдениям ва сейсмичностью Копетдагской сейсмоактивной зоны, гаталог землетрясений , а в ходе исследования фона сейсмических помех в местах предполагаемого открытия новых сейсмических станций, данные Гидрометеослужбы Туркменистана. Основной объем материала, вовлеченный в настоящее исследование Сил получен автором в ходе экспериментальных наблюдений ЕСШ и обработки сейсмограмм стационарных ( региональных ) сейсмических станций и полевых сейсмологических наблюдений передвижными станциями (ЛСС) в период 1982-1990 Г. г.

Выводы.

-Большая разнородность форм экспериментальных материалов, а такте сложность'. собственно анализируемых процессов ( широкий динамический и частотный разброс ) позволили провести оценки лишь простейших статистических характеристик.

-Зто упрощение .однако, позголило, во-первых,осуществить единый подход к обработке ссех видов материалов, и во-вторых, исследовать временную структуру процессов, относящихся к различным класса).! в проведенной классификации, на длительных интервалах времени.

• Глава III.

ОСОБЕННОСТИ ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ШПУОСЕЯСДОЖЖИХ ШУЫОВ, 1ЙБЛЭДАЕШХ НА РЕГИОНАЛЬНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ.

Сейсмичность территории Туркменистана овя&ана с горный массивом Копетдаг, являющийся цепью Туркмено-Хорэсаиской горной систамы, входящим в пояс альпийских горных сооружений. Определи-¡сщя структурная особенность региона - протяженный Передовой разлом земной коры, естественной границей между гор-нши сооруавнияыл Копетдш а и Предкопегдагским прогибом. Qti прос-лемшается до нодошьы земной коры. Кинеиагика движения по раэло-17 вадаетса мередианальным слитием (щкшютрроьшШ еебросо-сдвиг).

Комплексным!) геофиьичс'.чааш и геологическими исследованиями

в Копетдагском регионе выявлены несколько областей различной тектонической нарушенное?«!, отличающиеся сейсмической активностью. Выделены две наиболее сейсмоопасные 9-ти бальные зоны: Красноводская, и Ашхабадская (Сейсмичность Туркмении,19б8). Только за относительно короткий промежуток времени (100 лет) на территории Туркменистана произошло несколько разрушительных землетрясений: Красноводсксе 1805 г. (М-8,2) , Гифанское 1029 r,(!i-7.2), Каэандкикское 1946 г. (М-7,0) .Ашхабадское 1948 г. (Ц-7,3), характеризуется и в настоящее время высокой сейсмической активностью. За Р.О лет (1968-1983 гг.) в Ашхабадском сейсмоактивном районе произошло несколько ощутимых землетрясений. Территория характеризуется большим числом относительно слабых землетрясений, большинство эпицентров которых тяготеют к установленным разрывным нарушениям земной коры и группируются в нескольких локальных зонах (Каррыев Б. С., Кане ль Е. Г. ,1989),

Результаты сейсмических, геофизических наблюдений и геодезических измерений показывают,что наибольшие контрастные изменения наблюдаемых полей приурочены к зонам тектонических нарушений. Это может быть основанием для того, чтобы считать зоны неустойчивыми и поэтому наиболее чувствительными к внешним воздействиям. Отмеченные особенности позволяют но длительным наблюдениям КМ и ЕСШ выявить в таких зонах контрастные временные вариации МК и ЕСШ, связанные с сейсмотектоническими явлениями и местными землетрясениями.

Исследование особенностей пространственно-временного распределения короткопериодных мнкросейсм представляет интерес для ряда практических задач. Во-первых представление о характере уровня кикросейсм в диапазоне от 0,1 до 10 сек ваяно для направления развития систем сейсмических наблюдений; организации высокочувствительных сетей сейсмических станций для сейсмического мониторинга нон возможных сильных землетрясений. Со- вторых, де-галыш-j значил временных вариаций сейсмических кушв как на отдельных станциях, так и б системе сейсмических наблюдений позволяет распознатв их источник, классифицировать последние по дальнодействия, характерным частотам и др.

Jit записях стандартных каналов (СК1.!-3,1ЭГЖ) появляются w.Kjsjceiictaj, вызванные источниками техногенной природы с характерными Ершенными проявлениями, амплитудами с соответствующим^ им видимыми периодами наблюдений. Как правило, максимальные амп-i

литуды микросейсм приурочены к диапазону видимых периодов 0,2-0,4 сек в случае наличия в окрестностях пунктов наблюдения антропогенных сейсмических шумов (АСШ). Временной характер изменения максимального уровня микросейсм имеет стабильный характер изменений только для АСШ больного города и относительно неровный характер для небольших поселков. Он закономерно понижается по мере удаления от города, сохраняя в общих чертах свою временную структуру. Аналогичных изменений (суточный ход) не наблюдается уже на с/ст "Вановский" расположенной на удалении 20 км от с/ст "Ашхабад". В зависимости от грунтовых условий распределение по периодам видимых микросейсмческих . колебаний имеет растянутый (рыхлые породы) или сжатые (коренные породы,плотные грунты ). На ряде с/ст. в районе Красноводск, Чагыл, Кизыл-Атрек, Ашхабад (СК), Банковский (СКД) и др. регистрируются микросейсмы Каспийского моря. Они имеют сезонный характер проявления и приурочены в основном к осенне-зимнему периоду. Так, для ЦСС "Ашхабад" штормовые микросейсмы проявляются с характерными видимыми периодами Т-5-8 сек.

lía основании многолетнего изучения интенсивных микросейсм на станциях Туркменистана составлены сводные осредненные данные, они иллюстрируют области распределения микросейсмических колебаний в системах региональной сети сейсмических станций. Для целей изучения возможной связи микросейсм с сейсмической активностью недр Земли и различными экзогенными процессами, наибольший интерес представляет временной ход параметров КМ и ВСЕ В общем воде

ем,распределенных в некоторой области источников, определяется выражением:

где V - декремент поглоя;ения, скорость редеевской волны, Г -частота, г - радиус области в которой действуют источники шума.

Для экзогенных источников это круг, с центром в пуают регистрации, для эндогенных полусфера лежащая на дневной поверхности. Поскольку шумовой Фон формируется действием совокупности источников, обладающих разной интенсивностью, частотным составом

энергия (U(r)) микросейсмических колебаний, формируемая действк-

(Vffí)V

колебаний, характером действия ( импульсным - механические удары. вибрационным - колебания фундаментов промышленных установок и др.), выделение вклада каждого из них в регистрируемый шумовой процесс по анализу структуры волнового поля достаточно сложная задача. Наиболее простой и доступный способ установления проявления их в шумовом фоне - статистические исследования временной структуры шумов и сопоставление его результатов с временной характеристикой, предпологаемсго источника шума. 5ормально временной ряд хйреистеристик микросейсмических, колебаний может быть описан в виде модели:

А(х)- Ф (Т.Ь.З.К) где Т.ЦЗ.К характеризуют соответственно трендовую, стохастическую, периодическую и импульсную компоненты. Как распределенный шумовой источник - большой город - обладает ха-. рактерной временной диаграммой " активности. Так АСШ г. Ашхабада проявляются в период с 8 до 18 час. местного времени и имеют заметное понижение уровня в период с 12 до 13 час. местного времени. Эти периодические компоненты характерны для АСЩ практически всех крупных городов и обладают' индивидуальными особенностями. Собранные по литературным данным характеристики временного хода уровня АСШ, полученной разной аппаратурой и в разное время наблюдений, показывают на существование заметных отличий временной структуры сейсмического шума крупных городов.

К нестационарным экзогенным источникам технологического типь относятся источники,действие которых выделяется как на фоне АСШ, так и при отсутствии последних. Они,как правило хоропо выделяются на пунктах наблюдения, располотенных в местах низкого уровня сейсмических шумов, позволяющих реализовать высокую чувствительность сейсмометрических каналов регистрации. Основными типами нестационарных источников являются транспортов, связанные с функционированием железнодорожных и шоссейных коммуникаций,работой авиационного транспорта, сельхозмашин и промышленных механизмов.

Проведенный анализ возможных источников эгаогенного сейсмического шума показывает их широкое многообразие, классификация их по временным характеристикам действия дает возможность учитывать их влияние на микросейсмы для поиска связи последних с сейсмичностью и выделять в шумовом поле компоненты неизвестной природы.

Выьоды.

- 16 -

-Результаты независимых сейсмических и геофизичесгах наблюдений показывают, что контрастные изменения наблюдаемых полей приурочены к зонам тектонических нарушений, поэтому можно ожидать, что связанные с сейсмичностью временные вариации КМ и БСШ проявляются в зонах 'разломов земной коры, " обладающих высотой активностью.

большинстве сейсмических станций Туркменистана • изменения уровня сейсмических, шумов в диапазоне 0.1-1.0 с связаны с действием техногенных источников и имеют характерный суточный ход. На сейсмических станциях, оснащенных сейсмометрами типа CK, и с/ст. "Красноводск" регистрируются микросейсмы Каспийского моря. Диапазон изменения амплитуд КМ в региональной системе сейсмических наблюдений составляет от 0.005 до 0.2 мкм.

-Результаты исследования временной структуры сейсмически шумов и их сопоставление с временной характеристикой предполагаемого источника позволили установить факторы, определяющие микросейсмический фон на сейсмостанциях Ашхабадского района. Обобщены данные о временных вариациях ВСШ, регистрируемых в районе крупньсх городов.

Глава IV.

ИССЛЕДОВАНИЕ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА В АШХАБАДСКОМ РАЙОНЕ.

Необычной особенностью микросейсмического волнового поля в Ашхабадском районе является квазипериодяческий сейсмический сигнал (КПС). Он был выявлен в результате исследования макросе ¡¡отческого фона,и в начале связывался с антропогенными факторами (Игаанкулиев А. .Каррыев Б. С., 1983). В пределах погрешности измерений на сейсмограмме (каналы СКМ-3,БЭГИК) сигнал имеет частоту 1,2-1,7 Гц. Установлено, что на протя.тйнии многих лет короткоперк ■ одными сейсмическим! каналами КТО регистрируется на с/ст."АЕХй-бад", "Ваковский", "Овадал-тепе",автономными сейсмическими станциями "Земля", развернутыми в Ашхабадском сейсмоактивном районе, а также при проведении экспериментальных работ в районе м. Ова-дан-тепе(СВКМ-З) и м. Курту-су. Составлен каталог основных характеристик КПС на магнитном носителе для расчетов на ЭВМ. На основе каталога КПС строились графики временного хода параметров по

данным трех станций. В ряду параметров, характеризующих временную структуру КЛС использовались суммарная длительность существования сигнала и число его появлений на часовом интервале. Ряд подходов возможен при установлении физической природы источника КПС:

- прямой регистрации КПС и действия источника;

- интерпретация волновой структуры КПС по данным нескольких высокочувствительных станций;

- статистический анализ временной структуры парметров КПС на имеющихся сейсмических станциях и установление закономерностей связи с предполагаемым источником.

Первый подход затруднителен в силу отсутствия сведений об источнике. Вгорой требует специальной постановки экспериментальных наблюдений с целью получения качественного материала и пока не может быть использован из-за' ограниченной инструментальной базы и больших материальных затрат. Последний способ связан с трудоемкой процедурой обработки большого количества сейсмограмм за ряд лет. Установлено, что на всех станциях время возникновения Ьв сигналов КПС (где Ьв-(1к-Ьн)/2 )оказалось примерно равным, что говорит в пользу единого источника. По данным ЦСС "Ашхабад" за 1980-1987 гг. установлено, существование во временном ряду появлений КПС периодических компонент 8,16,20, и 24 часа. Обработка данных наблюдений производилась методом Бюй-Балло. Присутствие периодических компонент во временных рядах КШ сохраняемся на достаточно большом отрезке времени (2 года),что позволяет предположить его неслучайный характер. С целью выяснения природы возникновения КПС проведено сравнение длительных временных рядов КПС, представленных суммарной за сутки длительностью и числом появлений сигнала за сутки (Н ) с известными процессами за 1986-1987 гг.: -среднесуточными значениями температуры наружного воздуха, -среднесуточными значениями атмосферного давления, -уровнем воды в скважине, -среднесуточными значениями скорости ветра, -суммарной среднесуточной энергией землетрясений в районе г. Ашхабад с эпицентральным расстоянием до 100 км, -суммарным числом местных землетрясений о 2<К<14 и эпицентральным расстоянием до 100 км,

Установлено (Каррыев ЕС. .Канель Е. Г. ,1988), что в местной сейсмичности существует суточный ход изменения активности. Со-

поставлением накопленных данных в 24-х часовом интервале КПС и числа местных землетрясений за 1987 г., выявлено, что суточный ход КПС и сейсмичности отрицательно коррелированы. Это говорит о внутренней организации анализируемых временных рядов.

Необычную квазигармоническую форму имели также низкочастотные периодические вариации ВСШ, зарегистрированные на пункте наблюдения "Первомайский" после разрушительного ( М-7.2 ) Гаэ-лийского землетрясения 20 марта 1984 г. Текущие значения огибающих ВСШ на различных частотах были коррелированы со значением г-0. 88 ( между огибающими ВСШ 35,46 Гц )с вероятностью Р-О. 997. Поиск природы возникновения периодического режима модуляции ВСШ после Газлийского землетрясения привел к нескольким предположениям. 1. Существование модулирующих ВСШ низкчзстотных колебаний непосредственно в очаге землетрясения, модуляция региональных ВСШ собственными колебаниями, возникающими после сильных землетрясений (Рыкунов Л. Н., Хаврошкин О. Б. .Цыплаков ЕЕ и др. 1960 ). 2. Существование отклика напряженно-деформированной среды на импульсное воздействие, обусловившее релаксацию напряжений в сейсмически активной среде излучением накопленной потенциальной энергии в виде особого режима сейсмической эмиссии (Каррыев КС., Николаев А. В. и др. 1986). При этом источник эмиссионных процессов-трешиноватая, деформируемая среда представляется как активная, в виде ансамбля осцилляторов со связью.

Выводы.

-Установлена характерная особенность фона КМ Ашхабадского сейсмоактиьиого района- появление на фоне микросейсм регулярного квазипериодического сигнала ( КПС ). Установлены его амплитудные и временные параметры для различных сейсмостанций региона.

-Выделенные периодические компоненты во временых рядах появлений КПС дают основание предполагать природное, а не антропогенное происхождение КПС. На основе анализа данных выдвигается гипотеза их происхождения.

-Зафиксирован квазипериодический режим поведения огибающей ВСШ в Ашхабадском районе после Газлийского землетрясения 1984 г. ( М-7.2 ). На основе анализа материалов наблюдений проведено обсуждение возможных механизмов генерации указанных сигналов.

ГЛАВА V

ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАБЛЮДЕНИЙ МШЮСЕЙСМИЕСКИХ ШУМОВ в ИЗУЧЕНИЮ! ПРОЯВЛЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НЕДР

Проведенные ранее в Ашхабадском сейсмоактивном районе исследования показали, что в ряде случаев местным землетрясениям сопутствовали временные вариации характеристик ВСШ в диапазоне десятков герц ( Каррыев Б. С., Косарев В. Г. ,1988 ). Сделана попытка сопоставить данные по наблюдениям микросейсмических шумов станций ЧИСС, результаты исследования КПС и материалы длительной и непрерывной регистрации ВСШ на пункте наблюдений "Первомайский" с возникновением землетрясений в Копетдагской сейсмоактивной зоне.

Анализ записей ЧИСС на станции"Вйновский",удаленной от эпицентра землетпясения на 300 км, в период до и после Кумдагского землетрясения (М-5,6), выявил существование характерных временных вариаций сейсмических шумов. Показан временной ход средних амплитуд микросейсмических колебаний по каналам ЧИСС. За несколько суток до землетрясения обнаружено резкое увеличение уровня шумов почти на всех частотах. Наиболее выраженный характер вариаций шумов/отмечается в полосе частот 2,0-3,2 Гц. Аналогичная обработка ваписей в относительно сейсмически спокойный период времени подобных изменений не обнаруживает. Регистрация ВСШ в 40 метровом шурфе на частоте Г-46 Гц ( Г-0,2 Гц) на пункте"Перво-майский'Чюкаэала, что в период с 6 по. 18 марта 1983 года наблюдались значительные вариации сигнала, причем во время резкого всплески уровня шумов по ЧИСС записям (10-;13. Ш.1983г) выделился участок увеличения интенсивности ВСШ. Шстная сейсмичность (Я-100 км) в период времени характеризуется фоновыми землетрясениями.

Полученные материалы указывают на возможную связь отмеченных вариаций микросейсшческого шума с процессом подготовки Кумдагского землетрясения 1983 г. Объяснение механизма этой связи на сегодня представляется достаточно сложной задачей и требует дальнейшего накопления данных.

Исследовалась связь возникновения КПС с местной сейсмич-

ностью по материалам ва 1086,1987. Проведено исследование моментов появления НПО с временем возникновения землетрясений. Обработка проводилась на ЭВМ путем сопоставления каталогов КПС с выборкой из каталога землетрясений Копетдагской сейсмоактивной зоны. Выборки проводились из условия попадания землетрясения в интервал ^ 12 ч., 1шк- начало появления сигнала КПС на с/ст. "Ашхабад". Параллельно проводился расчет удаления эпицентра выбранного землетрясения от ЦСС "Ашхабад" и интервал времени Получены распределения энергетических классов, произошедших в Ашхабадском сейсмоактивном районе, землетрясений за 1986-1987 гг., распределение числа землетрясений в зависимости от удаленности их эпицентров от ЦСС "Ашхабад", распределение интервалов между

и Ьяна 24 часовом интервале времени. Основное количество землетрясений происходило на удалении 50-90 км. Преобладающее число землетрясений имело К-7. Данные за 1986 и 1987 годы заметно отличаются друг от друга'. В 1986 году число случаев возникновения КПС перед землетрясениями выше, чем после событий, и имеет два ярко выраженных максимума в распределении (с 6-10 ч. и 8-22 ч.) с паузой на 12 часов. В 1987 году наблюдается противоположная картина - основное число случаев возникновения КПС приходится после сейсмических событий с характерным максимумом на 12 часов. Перед событием КПС демонстрирует максимум на интервале времени в 2 часа, распределение имеет гиперболлический вид. Из рассмотрения приведенных материалов следует: -существует связь возникновенияКПС и местной сейсмичности; -характер связи моментов возникновения КПС с местными землетрясениями неустойчив и требует дополнительного исследования привлечением большого объема данных;

-характер распределения для 1987 г. указывает на возможность использования КПС для оценки интервала времени возникновения местного землетрясения;

-по наблюдениям ВСШ на пунктб "Первомайский" в период с 1983 по 1984 г. обнаружено, что процесс имеет явно нестационарный характер- паузы и интервалы пропадания сигнала чередуются с участками контрастного возрастания интенсивности.' Выделяются несколько участков возрастания сигнала и постепенного спадания.

Интервал времени продолжительного повышения интенсивности ВСШ в 1983 г. предшествует моменту резкого возрастания активности слабой сейсмичности в Ашхабадском районе.

Momio предположить неслучайный характер отмеченной связи. Полученные результаты дают основание для поиска предвестниковых изменений ВСШ. с цель оперативного прогноза землетрясений.

Проведен- сравнительный анализ суточного распределения во времени некоторых характеристик землетрясений. Для этого выбраны записи землетрясений по сеймическим станциям, находящимся в различных шумовых условиях: "Ашхабад"( осадочные породи, около 3 ки от города) и "Вановский" ( коренные породи, около 25 км от города). За характеристику шумовых условий взят коэффициент увеличения короткопериодных сейсмометрических каналов СКМ-3 ( на с/ст. "Вановский" он вше более, чем в 10 раз, чем на с/ст. "Ашхабад"). В качестве параметра сравнения рассматривалась разность энергетических классов землетрясений К-Ка-Кв, где Ка-знергети-ческий класс по с/ст. "Ашхабад",Кв- с/ст. "Вановский". Обрабатывались. записи землетрясений, произошедших в ближней зоне ( 200 км от точек наблюдения ). Всего исследовано_474 землетрясения ( октябрь 1982- март 1983 ). Контроль уровня антропогенных шумов города осуществлялся по записи усредненного канала (А15)- амплитуде огибающей шумов на выходе узкополосного фильтра с центральной частотой 15 Гц-и данными обработки микросейсмических шумов на с/ст. "Ашхабад",' канал СВКМ-3. . В результате обработки данных наблюдений выявлена зависимость приведенных характеристик от времени суток.

Материалы сопоставления временных вариаций КМ, ЙЛС, ВСШ указывают на необходимость постанов!® специальных исследований микросейсмнчеких колебаний с цель» выявления оперативных предвестников сильных землетрясений.

Выводи.

-Выявлено, что уровень микроколебаний rio данным ЧИСС регистрации претерпевал в период возникновения Кумдагского землетрясения временные вариации.

-Обнаружено, что параметры временных интервалов мееду возникновением землетрясений и появлением КПС указывает на существование связи КПС с процессами подготовки местного землетрясения.

-Выявлено, что период активизации местной сейсмичности предваряется по&иданием интенсивности ВСШ. •

-Полученные- результаты сопоставления временных вариаций КИ.КПС, и ВСП указывает на-необходимость постановки специальных исследований мш:рс?«?С|. km-íokhx Кчлсб.а1шй для целей выявления

- 22 -

оперативных предвестников сильных землетрясений.

Заключение.

В работе рассмотрен ряд методических подходов и на их основе проведено исследование временной структуры короткопериодиых микросейсм и высокочастотных сейсмических шумов Копегдагского сейсмоактивного района. Проведение настоящей работы создало основу для систематического подхода к изучению взаимосвязи параметров микросейсмического поля ( в широком частотном диапозоне ) с сейсмической активностью региона. Основные результаты работы momio сформулировать следующим образом:

1. Систематизирован большой объем данных о микросейсмических шумах, . регистрируемых в разных точках ¡Земли, при этом внимание уделено особенностям поведения микросейсмических шумов на территории Копетдагского сейсмоактивного региона.

2. Выработан единый методический подход к анализу разнородных по форме экспериментальных материалов-записей микросейсмя-

: ческих'шумов, выполненных с помощью стандартных сейсмометричес-„ ких каналов, станцией ЧИОС и специальными узкополосными каналами. Проведен единый анализ архивных и полевых материалов по длительному (до 2-х лет) ряду наблюдений микросейсмических шумов, проявляющихся в очень широком частотном и динамическом диапазонах.

3. Установлено и подтверждено многократными повторными наблюдениями присутствии в микросейсмичзском шуме такого явления, как кваэигармоиический сигнал (КШ), который, по всей видимости, характерен для региона исследований. Показано, что появление этого сигнала не можгт объясняться антропогенной деятельностью. Пока-еаиа возможность взышасвязи мевду проявлениями КТО и сейсмической активностью региона исследований.

4. lia основе анализа архивных записей и материалов собственных полевых наблюдений выявлена времейная взаимосвязь уровня короткопериодиых микросейсм ( КМ ) и высокочастотного сейсмическо-

■ го шума ( ЕСШ ) ( в, широком частотном диапазоне ) с активизацией ' местной сейсмичности.

- 5. ГЬлученные рееультаты создаю? основу для систематического подхода к организации наблюдения га параметрами микросейсмического поля, при поиске возможных лредвестниковых явлений. Опыт" работы с -экспериментальными материалами определил конкретные пу-

ти расширения наблюдений, среди которых синхронные наблюдения за КМ.ВСШ.КПС на сети прострелственно разнесенных станций, организация малых сейсмических групп для локализации источников шумов, широкое сопоставление результатов наблюдений шкросейсмических шумов'с другими геофизическими полями.

Основные результаты диссертации изломаны в следующих публикациях :

1. Исследование квазнгармонического сигнала. // В сб. тезисов докладов III научной конференции молодых ученых АН ТССР, Ашхабад: Ылым, 1983, С. 142 (соавтор : Каррыев ЕС.)

2. Влияние шумового поля на регистрацию местных землетрясений.// . Изв. АН ТССР, сер. ФГХиГ наук, 1985, ИЗ,-С. 102-105 ( соавторы: Каррыев Е С., Хаврошкин 0. Б., Цыплаков В. Е )

3. Спонтанная сейсмическая автогенерация в Ашхабадском сейсмоактивном районе // Изз. АН ТССР. Сер. ФГХиГ наук • -1937. №3.-С. 54-59 ( соавторы: Каррыев В. С. .Хаврошкин 0. Б., Цыплаков ЕВ.).

4. Вопроси сейсмического мониторинга.зпицентралыюй зоны разрушительного Ашхабадского землетрясения 1948 г. // В сб. тезясов докладов (Лгдцународпого Симпозиума "Геодезия и сейсмология", Ереван:- 1989.- С. 71 ( соавторы:'Каррыев Б. С.,Капель Е. Г.,Косарев ЕГ.).

б. Систематизация факторов формирующих поле микросейсшчес-ких шумов // В сб. тезисов докладов IX научной конференции моло- . дых ученых и специалистов, Ашхабад: Ылым, 1990. - С. 152 ( соавтор: Каррыев Б.С.).

б. Методика обработки и статистический анализ результатов квазипериодического сигнала в Ашхабадском сейсмоактивном . районе. // В сб. тезисов докладов IX научной конференции- молодых ученых и специалистов., Ащхабад : Ылым, 1990: С. 153 ( соавтор: Канель ЕГ.).