Комплексное применение инфразвукового и сейсмического методов регистрации волновых полей для выделения сигналов от наземных взрывов

Виноградов, Юрий Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Комплексное применение инфразвукового и сейсмического методов регистрации волновых полей для выделения сигналов от наземных взрывов
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Комплексное применение инфразвукового и сейсмического методов регистрации волновых полей для выделения сигналов от наземных взрывов"

На правах рукописи

ВИНОГРАДОВ Юрий Анатольевич

КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАЗВУК0В0Г0 Н СЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ОТ НАЗЕМНЫХ ВЗРЫВОВ

Специальность25.00.10. - геофизика, геофизическиеметодыпоисковполезныхископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Горном институте Кольского научного центра Российской академии наук (г.Апатиты) и Кольском региональном сейсмологическом центре Геофизической службы Российской академии наук (г.Апатиты)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Анатолий Александрович Козырев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Леонид Евгеньевич Сабисевич кандидат технических наук Юрий Сергеевич Рыбнов

Ведущая организация:

Институт физики атмосферы РАН

в )) ^часов на заседании Диссертационного совета Д 002.050.01 Института динамики геосфер Российской академии наук по адресу: г.Москва, Ленинский проспект, д.38, корп.1

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИДГ РАН

Автореферат разослан »С&*-

г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. «Исследования динамических процессов, изучение энергетических потоков во внешних геосферах и потоков механической энергии во внутренних геосферах, процессов перераспределения энергии и причинно-следственных связей в системе взаимодействующих геосфер, а также самих источников возмущений являются задачами важного научного и практического значения» (В.В.Адушкин, Ю.КЩукин, 1999). Активная техногенная деятельность человечества вызывает мощные потоки энергии в геофизической среде, в частности в приповерхностной зоне земной коры и нижних слоях атмосферы (тропосфера и стратосфера). Такие потоки могут спровоцировать нарушение геодинамического равновесия в зонах промышленного освоения недр или в местах расположения инженерно-технических сооружений и систем повышенной опасности. В связи с этим возникает потребность в формировании региональных и глобальных систем геомониторинга, составной частью которых являются средства инструментального детектирования и лоцирования сейсмогенных явлений естественного и искусственного происхождения. Совместный интегральный анализ сейсмических и инфразвуковых данных дает возможность осуществлять верификацию источника возбуждения энергии и производить его локацию с оценкой масштабов энерговыделения. Комплексирование сейсмического и инфразвукового методов регистрации волновых полей позволяет достоверно разделить наземные и подземные взрывы, а также отличить события, происходящие в литосфере и гидросфере, от различных ударно-взрывных и геофизических возмущений, вызывающих генерацию инфразвуковых волн в нижних и верхних слоях атмосферы. Работоспособность интегрированных комплексов в условиях высоких широт была продемонстрирована совместными исследованиями ИФА РАН, ПГИ и ПИ КНЦ РАН в 80 - 90-е годы. Вместе с тем эти пионерные работы выявили ряд ограничений и проблем, преодоление которых потребовало поиска новых технических решений.

Исходя из вышеизложенного, с 1996 г. в Кольском региональном сейсмологическом центре Геофизической службы РАН (КРСЦ ГС РАН) начаты работы по дополнению существующей короткопериодной сейсмической группы «Апатиты», состоящей из 9 сейсмометров для измерения вертикальной составляющей Sz и трехкомпонентной сейсмической станции, аппаратурой, обеспечивающей регистрацию инфразвуковых волн на частотах ниже 10 Гц.

Цель исследования заключалась в разработке методов верификации и локации источников возбуждения сейсмических и инфразвуковых колебаний для выявления диагностических критериев надежного детектирования наземных взрывов на удалении до 300 км.

ЮС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С.П«ге|»г рг /О ОЭ 280 4*т6

Основная идея работы состоит в комплексном использовании сейсмического и инфразвукового методов наблюдений для повышения точности локации и верификации источников возбуждения сейсмических и инфразвуковых колебаний.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели автором были решены следующие задачи:

• разработка оптимальной конструкции инфразвуковой части интегрированного сейсмоинфразвукового комплекса (СИЗК) «Апатиты» для уверенной регистрации различных типов инфразвуковых сигналов в условиях Евро-Арктического региона, характеризующихся повышенным фоном шумов природного и техногенного происхождения; разработка оптимальной системы сбора, передачи, обработки и хранения регистрируемой информации;

• классификация инфразвуковых сигналов, сопоставление их с сейсмическими данными и совместная их интерпретация; изучение особенностей распространения ИЗ сигналов в авроральной зоне Евро-Арктического региона при различных метеоусловиях;

• развитие способов локации наземных взрывов по сигналам, зарегистрированным пространственно-распределенной группой сейсмических и акустических датчиков, выявление диагностических критериев для надежного детектирования наземных взрывов на удалении до 300 км от СИЗК.

Методика исследований. Поставленные задачи решались комплексным методом, включающим: анализ и обобщение научного опыта и технических достижений по проблеме исследований; теоретические расчеты и экспериментальные проверки конфигурации комплекса; методы цифровой обработки сигналов; теорию распространения волн в атмосфере; численные методы.

Фактический материал: в работе использована база данных КРСЦ ГС РАН, включающая в себя волновые формы, зарегистрированные сейсмической группой СИЗК «Апатиты» за период 1995-2004 годы и модернизированной инфразвуковой группой СИЗК «Апатиты» за период 1999-2004 годы; данные метеостанций Мончегорска и Кандалакши за период 2001-2003 годы; данные цифровой семиканальной метеостанции PROFI, входящей в состав СИЗК «Апатиты» за 2004 год; данные о местоположении, дате, времени и мощности химических взрывов, произведенных на рудниках Мурманской области, предоставленные горнодобывающими предприятиями ОАО «Апатит», ОАО «ОЛКОН», ОАО «Кольская ГМК» и ОАО «Ковдорский ГОК».

Научная новизна заключается в том, что:

на базе уже существующей короткопериодной сейсмической группы «Апатиты» КРСЦ ГС РАН впервые в Евро-Арктическом регионе был разработан и создан цифровой интегрированный сейсмоинфразвуковой комплекс, адаптированный к

местным природно-климатическим и географическим условиям, позволяющий уверенно регистрировать наземные и атмосферные взрывы на расстоянии до 300 км;

посредством СИЗК «Апатиты» выявлены характеристические параметры основных источников возбуждения инфразвуковых волн в Евро-Арктическом регионе, позволяющие произвести классификацию этих источников;

непрерывный мониторинг и значительное количество источников возбуждения инфразвуковых волн позволили определить характер распространения ИЗ волн в различные сезоны года и времена суток и разработать рекомендации по использованию инфразвукового метода наблюдений для зондирования атмосферы в Евро-Арктическом регионе и его применению в региональных системах геоэкологического и геодинамического мониторинга и контроля природной среды.

Основные положения, выносимые на защиту, отражающие главные результаты диссертационной работы:

1. Применение пространственно-распределенных групп инфразвуковых и сейсмических регистраторов (mini-array) позволяет в условиях Евро-Арктического региона детектировать и лоцировать наземные взрывы в радиусе от 1 до 300 км от СИЗК (в зависимости от метеорологических условии), при этом специальная методика фильтрации атмосферных помех обеспечивает надежное выделение инфразвуковых сигналов, вызванных взрывами мощностью более 1 т тротилового эквивалента, даже при высоком уровне шумового фона, характерного для высокоширотной области атмосферы в периоды электромагнитных бурь.

2. Совместный анализ сейсмических и инфразвуковых сигналов, регистрируемых СИЗК «Апатиты», обеспечивает надежное разделение наземных взрывов от природных и техногенных землетрясений, от подземных и подводных взрывов, а также от процессов ударно-взрывного характера в атмосфере.

Достоверность научных положений обеспечена:

использованием фундаментальных законов механики сплошных сред и акустики; высокой надежностью верификации методики на основе многократной локации заведомо известных источников сейсмических и инфразвуковых колебаний, к которым относятся расположенные на расстоянии 40 - 220 км от СИЗК «Апатиты» рудники, производящие добычу открытым способом,

Практическая значимость: Актуальность решаемых в диссертационной работе задач определяется потребностями организаций, проводящих непрерывный мониторинг состояния окружающей среды, и предприятий горнодобывающей отрасли в надежных методах локации и диагностики событий, происходящих в литосфере и атмосфере. Применение интегрированных сейсмоакустических комплексов в системах комплексного мониторинга состояния природной среды и на геодинамических полигонах в горно-промышленных районах повышает надежность контроля за геодинамическим режимом территории, обеспечивая выявление и локализацию

наземных взрывов и обрушений скальных массивов, расположенных вне зон визуального наблюдения традиционными средствами. Интегрированные СИЗК типа «Апатиты» могут быть эффективно использованы для организации постоянного автоматического контроля соблюдения регламентируемых режимов в охранных зонах вокруг инженерно-технических сооружений повышенной опасности (в том числе подземных хранилищ РАО), обеспечивая обнаружение случаев и мест проведения несанкционированных наземных взрывов и предотвращая ложное срабатывание охранных систем на ударно-волновые процессы в атмосфере.

Апробация работы и публикации. Отдельные выводы и некоторые результаты работы представлялись и обсуждались на семинарах КРСЦ ГС РАН, школе-семинаре МНТЦ (Обнинск, 2002), на совместной ассамблее Европейского геофизического сообщества (EGS), Американского геофизического союза (AGU) и Европейского союза по геонаукам (EUG) (Nice, France, 2003), на XXVI международном семинаре «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 2003), на международном совещании «Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика» (Апатиты-Кировск, 2004). Полученные в ходе исследования результаты нашли свое отражение в проекте МНТЦ № 1341 «Исследование характеристик инфразвукового фона для оценки пороговой чувствительности инфразвукового метода контроля за проведением ядерных испытаний», в проекте № 1.5.8 Региональной научно-технической программы Мурманской области и проекте РФФИ №03-06-96158-р2003Север_а «Комплексный анализ характеристик и усовершенствование модели распространения сейсмических волн в Баренцрегионе для решения проблем повышения эффективности контроля сейсмической опасности в районах расположения экологически опасных объектов, включая ядерные». По теме диссертации опубликовано 9 статей. Полученные результаты также отражены в 4 отчетах по НИР Кольского регионального сейсмологического центра ГС РАН и в отчетах по вышеперечисленным проектам.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, включающего 92 наименования.

В первой главе дан ретроспективный обзор создания и развития инфразвуковых станций наблюдения (ИЗС), основы теории дальнего распространения инфразвука в атмосфере, аналитический обзор современного состояния проблемы.

Во второй главе рассмотрены принципы построения, структурная схема и состав СИЗК «Апатиты», программные средства, реализуемые в составе комплекса. Отдельный раздел посвящен проблеме оценки уровня инфразвуковых шумов, разработке пространственных инфразвуковых акустических фильтров и экспериментальным исследованиям по оценке их эффективности.

Третья глава посвящена результатам наблюдений, полученных с использованием модернизированного СИЗК «Апатиты». Рассмотрены основные типы регистрируемых

сигналов, их амплитудно-частотные характеристики, сходства и различия разных видов ИЗ сигналов, основные критерии их распознавания и особенности их распространения при различных метеоусловиях.

В четвертой главе проводится анализ проведенных наблюдений, обсуждаются их результаты, показаны возможности применения инфразвукового метода для зондирования атмосферы, рассматриваются дальнейшие перспективы совершенствования СИЗК «Апатиты» и новые направления исследований с использованием СИЗК.

Объем работы 128 страниц, включая рисунки и список литературы.

Основные исследования по теме диссертации выполнены в Кольском региональном сейсмологическом центре Геофизической службы РАН в кооперации с Горным институтом КНЦ РАН.

Автор благодарен своему научному руководителю доктору технических наук, профессору А А.Козыреву, заместителю директора ГоИ КНЦ РАН, а также кандидату физико-математических наук Е.О.Кременецкой, заместителю директора КРСЦ ГС РАН, за создание оптимальных условий для выполнения экспериментов, внимание к работе и полезные указания в процессе проведения исследований. Особую благодарность автор выражает сотруднику КРСЦ ГС РАН В.Э.Лсмингу за вклад в разработку программного обеспечения для автоматизированного сбора и накопления данных СИЗК «Апатиты». Автор считает своим долгом отметить, что концептуальная идея интеграции сейсмической группы КРСЦ ГС РАН с инфразвуковыми регистраторами принадлежит доктору физико-математических наук С.Н.Куличкову (ИФА РАН). Большую помощь в техническом обустройстве СИЗК оказали инженеры КРСЦ ГС РАН АС.Коломиец и Я.И.Филатов, а также сотрудники НИЦ СК МО РФ (г.Москва) д.ф.-м.н. СА.Ховавко, к.ф.-м.н. В.И.Кудрявцев, к.ф.-м.н С.С.Скрыльник. Автор искренне признателен всем, кто оказал действенную помощь в реализации проекта и осуществлении комплексных исследований, результаты которых послужили основой для представляемой диссертационной работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ_

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель работы и основные результаты.

В Главе 1 дан ретроспективный обзор создания и развития инфразвуковых станций наблюдения (ИЗС), основы теории дальнего распространения инфразвука в атмосфере, аналитический обзор современного состояния проблемы.

Раздел 1.1 посвящен рассмотрению вопроса создания инфразвуковых станций (ИЗС) и процессу их развития.

Первые исследования по изучению распространения звука в атмосфере относятся к началу XX века, когда в Японии Б.Ри^Ьага были получены первые результаты по определению зон слышимости звука от извержений вулканов. В качестве источников данных использовались показания наблюдателей. В ходе работ выявились зоны аномальной слышимости, имеющие очаговый характер с сильно вытянутой геометрией в одном направлении. На основании этого было сделано предположение о существовании в верхней атмосфере сильных ветровых потоков, что и было подтверждено в дальнейшем.

В начале 30-х годов П.Дуккертом была проведена серия экспериментов в Германии. При изучении распространения звука от взрывов было обнаружено, что при определенных условиях прохождение звуковой волны можно зафиксировать на расстоянии до 500 км. Это было объяснено наличием в стратосфере областей увеличения температуры.

В заполярной области первые исследования по дальнему распространению инфразвука были проведены К.^Ыекеп в 1932-1933 годах на Новой Земле и Земле Франца-Иосифа. Расстояние между источниками и приемниками составляло от 174 до 957 км. Было осуществлена регистрация сигналов от 30 взрывов в прямом и обратном направлении. По итогам экспериментов К.Волькен сделал вывод о существовании в полярной стратосфере областей с увеличенной температурой на высотах свыше 100 км.

В конце 30-х годов Б.Гуттенбергом и Г.Бениоффом были открыты микробаромы в атмосфере. Их изучение было продолжено в 50-е годы, когда на территории США была создана обширная сеть источников и приемников, позволившая детально выделить зоны аномальной слышимости и акустической тени.

В разделе 1.2 охарактеризованы современные представления о механизмах дальнего распространения инфразвуковых волн в атмосфере. Основные положения сводятся к следующему:

• инфразвуковые сигналы от наземных источников, начиная с мощности заряда 1-10 т ТНТ, могут надежно регистрироваться в реальных атмосферных условиях на расстояниях первые сотни километров;

• в термосфере и верхней стратосфере в результате стратификации температуры и ветра формируются акустические волноводы, являющиеся основными каналами распространения инфразвука на сверхдальние расстояния (свыше 1000 км); к волновым сигналам, распространяющимся по этим волноводам, применимы методы частичного отражения от анизотропных неоднородностей показателя преломления в приближении слоистой среды;

• длительность существования акустических волноводов в атмосфере может достигать нескольких суток;

• имеющиеся экспериментальные данные дают возможность условно выделить следующие интервалы вариации скоростей инфразвуковых волн для различных типов отражений: стратосферных - 280-320 м/с; мезосферных - 260285 м/с; термосферных - 197-295 м/с;

• скорости приходов инфразвуковых волн, отраженных от страто-термосферы, сильно зависят от скорости ветра вдоль трассы распространения звука, изменяющейся в пределах от 0 до 100 м/с.

В разделе 1.3. рассматривается современное состояние систем наблюдений за инфразвуковыми полями.

Развитию глобальной сети инфразвуковых станций наблюдения (ИЗСН) уделяется все большее и большее внимание. Это связано с относительно невысокой стоимостью создания ИЗСН и большим объемом информации, получаемой с их помощью. Мощный импульс развития сети инфразвуковых станций наблюдения дало подписание в 1996 году «Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний» и включение наблюдений за инфразвуком в единую сеть международного мониторинга (IMS), наряду с сейсмическими, гидроакустическими и радионуклидными методами контроля. В настоящее время в сети IMS работает порядка 40 инфразвуковых станций наблюдения и еще 15 планируется установить в ближайшие 5 лет. Наиболее широко наблюдения за инфразвуком проводятся в США, Канаде, Австралии, Швеции, Японии, а в последние годы во Франции, Голландии и Южной Корее.

Современные ИЗСН - это мощные комплексы, состоящие обычно из 7-12 микробарографов, разнесенных на расстояния до 3 километров, оборудованные сложными конструкциями пространственных инфразвуковых акустических фильтров и современными системами телеметрии. Частотный диапазон, регистрируемый такими станциями, сильно зависит от характеристик используемой аппаратуры и геометрических размеров и составляет в среднем 0,1-10 Гц.

В СССР основные работы проводились в СибИЗМИРАН СО АН СССР и ИФА АН СССР. В Сибири две станции наблюдения были установлены в районе п.Тикси («Тикси») и в районе г.Иркутск («Бадары»). С использованием этих станций проводились исследования по сверхдальней регистрации микробаром (более 3000 км), а также инфразвуковых сигналов инфразвука от пролета ракет и от воздушных ядерных взрывов; на основе полученных экспериментально результатов была разработана методика оценки времени существования акустических волноводов в атмосфере.

Работы, проводимые ИФА АН СССР (впоследствии ИФА РАН), основывались на использовании жидкостных микробарографов, позволяющих регистрировать сверхнизкие частоты инфразвука. Эта особенность позволяет использовать их для регистрации микробаром, исследования инфразвуковых

колебаний атмосферы, связанных с развитием крупномасштабных структур в нижней атмосфере и с развитием ионосферных и магнитосферных возмущений. В Мурманской области микробарографы этого типа были впервые установлены на полигоне ПГИ КФАН СССР у ст.Лопарская, а в середине 90-х годов интегрированы в созданную КРСЦ ГС РАН сейсмическую группу, что и явилось отправной точкой формирования первой опытной версии СИЗК «Апатиты». После модернизации СИЗК жидкостные микробарографы ИФА используются в составе высокоширотного комплекса по измерению атмосферных волн и электричества ПГИ КНЦ РАН, размещенного в г.Апатиты.

В Главе 2 рассмотрены принципы построения, современная структурная схема и состав СИЗК «Апатиты», программные средства, реализуемые в составе комплекса.

В разделе 2.1. отражены климато-метеорологические и географические условия в районе расположения СИЗК «Апатиты», учет которых был необходим при проектировании инфразвуковой части комплекса. Анализ многолетних наблюдений Гидрометцентра РФ показал, что в районе преобладает следующая метеорологическая обстановка:

• средняя скорость ветра за год равна 4,2 м/с, (в летний период от 3,6 до 3,9 м/с, в зимний - от 4,4 до 4,6 м/с), повторяемость штилей от 11 до 30%, в среднем за год бывает 23 дня с сильным ветром (скорость более 15 м/с);

• преобладающие направления ветра - южное, северо-западное и северное (повторяемость, соответственно, 37%, 20%, 16%);

• среднегодовая температура равна -0,5°С, (в июле +13,8°С, в январе -12,8°С);

• средняя высота снежного покрова равна 0,4 м;

• в среднем за год бывает 7 дней с грозой.

Удачное геоморфологическое расположение инфразвуковой группы на берегу крупнейшего на Кольском полуострове озера Имандра (площадь зеркала 816 км2), позволяет использовать поверхность озера в качестве отражающей границы, что способствует более уверенному приему сигналов от взрывов малой мощности, производимых вблизи его берегов, и повышает разрешающую способность комплекса в целом. Расположение микробарографов в зоне кустарников и редколесья позволяет снизить влияние ветровых помех.

В разделе 2.2. отображена структурная схема СИЗК, приведены основные технические характеристики его составных элементов.

СИЗК «Апатиты» расположен в центре Кольского полуострова, в 18 км от города Апатиты, на берегу озера Имандра. Сейсмическая группа комплекса состоит га 9 сейсмометров, ориентированных для измерения вертикальной составляющей Бг, и трехкомпонентной сейсмической станции. Сейсмодатчики располагаются на двух концентрических окружностях. Диаметр внешнего круга (круг В) составляет 1 км, а внутреннего круга (круг А) - 400 м. На внешнем круге расположены 5 сейсмометров

(компоненты В1, В2, ВЗ, В4, В5), а на внутреннем круге 3 сейсмометра (А1, A2, A3). Все сейсмометры типа Оес^есИ 8-500, установлены в железных трубах, основания которых имеют надежный контакт со скалой, реализованный с помощью бетона и железных штырей. В центре системы установлены три сейсмометра (АОкг, АОЪп, АОИе) того же типа для измерения двух горизонтальных и одной вертикальной компонент. На внутреннем кольце А, в непосредственной близости от сейсмических датчиков, размещены инфразвуковые датчики МВ1, МВ2 и МВЗ. Каждый датчик располагается в отдельной камере объемом 12 кубометра. Камера соединена с пространственным инфразвуковым акустическим фильтром (ПИАФ) веерного типа, состоящим из 28 приемников давления и покрывающим площадь 324 м2. Схема расположения инфразвуковых и сейсмических датчиков на территории сейсмоакустического полигона, с указанием относительных координат в метрах, приведена на рис. 1.

Рис.1. Геометрия расположения сейсмических датчиков и микробарографов СИЗК «Апатиты». АО-трехкомпонентная станция, А1-АЗ - вертикальные датчики внутреннего круга, В1-В5 - вертикальные датчики внешнего круга, МВ1-МВЗ -микробарографы.

В качестве регистраторов в составе СИЗК протестированы три типа микробарографов. С 1996 по 1999 гг. использовались жидкостные микробарографы, разработанные в ИФА РАН. В период с октября 1999 по сентябрь 2003 гг. -микробарометры К-304АМ, мембранного типа, производства Украины, предоставленные НИЦ СК МО РФ для технических испытаний в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве. С сентября 2003 г. по настоящее время используются микробарографы CHAPARRAL Model V, производства США, полученные в рамках проекта МНТЦ № 1341.

Аналоговая информация со всех датчиков по кабельным линиям поступает в центральный бункер, где производится привязка к единому мировому времени (посредством GPS-приемника), оцифровка, модулирование и передача данных по радиоканалам непосредственно в центр обработки данных, расположенный в здании КРСЦ ГС РАН в Академгородке г. Апатиты. В центре производится сбор, накопление, автоматическая первичная обработка, архивирование и хранение полученной информации.

Для обеспечения временного хранения поступающих данных и организации доступа к ним для дальнейшей обработки и хранения создана программа NEWNORAC, реализованная для персонального компьютера и ОС Windows NT 4.0 или выше. Программа одновременно считывает данные через большое количество последовательных портов. В настоящее время использована многопортовая плата фирмы Equinox, позволяющая поддерживать до 8 портов. По пяти портам в компьютер поступают данные с радиомодемов и с системы сбора в Апатитах, по шестому идут секундные сигналы с часов GPS. Данные микробарографов оцифрованы с частотой 40 отсчетов в секунду, данные сейсмометров - с частотами 40 и 80 отсчетов в секунду.

Программа NEWNORAC считывает поступающие данные, проверяет их целостность (контрольные суммы), и в случаях нарушения целостности корректирует сбойные значения. Все данные объединяются, группируются в секундные блоки, к которым приписывается время GPS, после чего маркированные блоки записываются в кольцевой дисковый буфер для временного хранения.

Дисковый буфер представляет собой набор файлов, в каждом из которых хранится часовой блок данных. В настоящей конфигурации файлов 336, что позволяет накапливать двухнедельные пакеты данных. Для каждого поступающего в буфер секундного блока данных определяется номер часового файла и позиция в нем, на которой должен храниться данный блок в течение двух недель, после чего он заменяется новым блоком.

В разделе 2.3. приводится описание программного комплекса EL, используемого для отображения регистрируемых сигналов в центре обработки, ручной и автоматической обработки массивов данных.

Программный комплекс позволяет:

- осуществлять просмотр сейсмических и инфразвуковых данных, поступающих в буфер обмена и сохраненных на диске;

- рассчитывать значения углов падения и азимута прихода инфразвуковой волны, вычислять скорость прихода волны;

- автоматически находить в кольцевом буфере участки данных, соответствующих реальным сейсмическим событиям, записывать их в дисковые файлы для длительного хранения (сейсмический детектор);

- автоматически находить в кольцевом буфере участки данных, соответствующих реальным инфразвуковым событиям, записывать их в дисковые файлы для длительного хранения (инфразвуковой детектор);

- выполнять поиск событий по базе данных, подключать данные прочих сейсмостанций и производить дополнительный анализ данных (ручная обработка и локация);

- автоматически определять координаты обнаруженных событий и записывать их в базу данных (автоматическая обработка волновых форм);

- производить спектральную обработку данных (спектры сигналов при этом могут быть рассчитаны в указанном пользователем интервале или при перемещении по записи скользящего окна, дополнительно предусмотрено построение спектральных диаграмм - сонограмм).

Кроме этого, комплекс "EL" обладает рядом сервисных возможностей, таких, как картографическая подсистема, подбор параметров цифровой фильтрации и другие. Хранение заархивированных данных производится на оптических CD дисках.

В разделе 2.4. приведены результаты экспериментов по определению уровня шумов и по выбору оптимальной конфигурации пространственного инфразвукового акустического фильтра (ПИАФ) для их подавления.

На рис.2 отображены энергетические спектры инфразвукового шума, полученные по результатам измерений в течение 3 дней в летний период. Анализ инфразвукового шума свидетельствует о наличии максимума в спектре на частотах 0,15-0,4 Гц, связанного с прохождением микробаром. Второй максимум находится в диапазоне частот 0,7-2 Гц и является слабо когерентным шумом, вызываемым, в основном, ветром. Амплитуда ветровой помехи может достигать 1,5 Па при скорости ветра 6-8 м/с и на порядок превышать амплитуды сигналов, генерируемых взрывами, делая невозможным их регистрацию. Для уменьшения влияния ветра на процесс измерений применяются различные конструкции ПИАФ, представляющих собой системы статистического суммирования поля атмосферного давления в пространстве. Поскольку ветровой шум слабо коррелирован, его суммирование по

Рис. 2. Энергетические спектры инфразвукового шума

пространству, в котором умещается значительное число турбулентных элементов, дает в среднем почти нулевое значение, в то время как когерентный сигнал суммируется практически без потерь. Это дает заметное увеличение в

отношении сигнал/шум (в первом приближении раз, где N - число

осредняющих элементов) и, следовательно, значительно увеличивает вероятность регистрации слабого сигнала. В настоящее время на инфразвуковых станциях применяются несколько разных конструкций ПИАФ: линейный, многолучевой, круговой, коврового и веерного типа. Все они имеют свои достоинства и недостатки и, что особенно важно, различные диаграммы направленности в разных диапазонах частот. Решение задачи по оптимизации размеров и конфигурации ПИАФ применительно к измерению инфразвуковых сигналов различной природы довольно сложно. Проанализировав

характеристики различных конструкций фильтров, особенности рельефа, среднюю скорость ветра, спектры шумов и основные азимуты источников возбуждения ИЗВ, автор обосновал целесообразность применения в составе СИЗК «Апатиты» ПИАФ многолучевого и веерного типа, а окончательный выбор оптимальной конструкции был осуществлен по результатам экспериментального исследования и сравнительного анализа эффективности пилотных образцов ПИАФ, сконструированных с учетом конкретных условий и поставленных задач. Для этого на микробарографах МВЗ и МВ1 были установлены два типа фильтров - пятилучевой, имеющий длину луча 24 м и площадь покрытия 1800 м2 и веерный, имеющий длину луча 9 м и площадь покрытия 324 м2. Эффективность шумоподавления оценивалась по минимуму спектральной плотности (отношение квадрата амплитуды шума к частоте шума Атр2(Ра)

Р{Нх)

-) в диапазоне частот 0,05-12 Гц. Результаты измерений в течение

нескольких месяцев конструкции (рис. 3).

показали лучшие характеристики фильтра веерной

Рис.3. Оценка спектральной плотности инфразвуковых шумов при применении различных типов ПИАФ.

По завершении испытаний ПИАФ веерного типа были установлены на все микробарографы, что позволило увеличить эффективность регистрации инфразвуковых сигналов от промышленных взрывов почти в 2 раза.

Глава 3 посвящена результатам наблюдений, полученных с использованием СИЗК «Апатиты». Рассмотрены основные типы регистрируемых сигналов, их амплитудно-частотные характеристики, сходства и различия разных видов ИЗ сигналов, основные критерии их распознавания и особенности их распространения при различных метеоусловиях.

В разделе 3.1. приведены результаты регистрации наземных взрывов различной мощности, произведенных на разных расстояниях и азимутах от СИЗК «Апатиты». Рассмотрены основные критерии их надежного выделения, оценена точность локации источника при совместном применении сейсмического и инфразвукового метода, определены условия, при которых затруднено или невозможно использование инфразвукового метода регистрации.

Рис.4. Схема размещения участков проведения промышленных взрывов, после которых были зарегистрированы приходы ИЗ волн на СИЗК «Апатиты.

На рис. 4 показаны основные направления приходов инфразвуковых волн от наземных взрывов, регулярно производимых при добыче руд на крупных горнодобывающих предприятиях, действующих на территории Кольского полуострова и Северной Карелии. Благодаря удачному расположению СИЗК в центре горнопромышленной области, уверенно регистрируются и лоцируются наземные взрывы даже небольшой мощности.

Основными критериями, служащими для уверенного выделения наземного взрыва, являются:

• наличие сейсмической и инфразвуковой волны, с увеличенной амплитудой на определенных частотах;

• приход инфразвуковой волны следом за сейсмической с задержкой, соответствующей скорости распространения звука ±30%;

• совпадение азимутов прихода сейсмической и инфразвуковой волны с точностью ±5%;

• значение фазовой скорости инфразвуковой волны должно быть не ниже скорости звука для метеоусловий в день регистрации;

• когерентность инфразвуковых сигналов по всем трем каналам должна быть не ниже 0,7.

От удаленных взрывов, производимых на расстояниях свыше 200 км (Заполярный, Костомукша, Рокка), изредка регистрируются многократные приходы инфразвуковых волн (до пяти приходов) с одного азимута с задержкой по времени до 215 секунд, связанные, очевидно, с отражениями от областей неоднородностей поля ветра и температуры в атмосфере, что может быть использовано для зондирования атмосферы в направлении источник-приемник (подробнее эта возможность рассмотрена в главе 4).

Регистрация инфразвуковых сигналов, как в ближней, так и в дальней зоне сильно зависит от метеорологических условий в районе прохождения инфразвуковой волны. Тем не менее, как показывает опыт работы СИЗК в 2000-2004 гг., при оптимальном выборе конструкции инфразвукового комплекса и методики совместной обработки акустических сигналов, уверенную регистрацию реальных событий взрывного характера можно осуществлять почти в 90% случаев (рис. 5).

Следует отметить, что амплитуда сигналов, регистрируемых в разные сезоны года от одних и тех же источников возбуждения в дальней зоне, значительно отличается. Максимальные амплитуды характерны для осенне-зимнего периода, а минимальные -весной, что можно объяснить большей стабильностью средних и верхних слоев атмосферы в холодное время. Однако для ближней зоны ситуация обратная -количество незарегистрированных сигналов летом меньше, чем зимой, что связано, вероятно, с отсутствием в летний период зон температурных инверсий над промышленными карьерами. Выявленная особенность открывает возможность

оперативной оценки состояния атмосферы в зоне проведения взрывных работ по характеру сигналов, регистрируемых СИЗК: отсутствие инфразвуковой волны может быть использовано для оперативного предупреждения горнодобывающих предприятий о наличии инверсного слоя в тропосфере и необходимости увеличения времени проветривания открытых рудников после проведения массовых взрывов.

Рис 5 Соотношение фактического числа взрывов на рудниках Мурманской области (левый столбец), и зарегистрированных СИЗК «Апатиты» ИЗ сигналов от них (правый столбец) в 1 квартале 2002 и 2003 годов.

В разделе 3.2. рассмотрены характеристики ИЗ сигналов, возбуждаемых в атмосфере и не регистрируемых сейсмической частью комплекса. Эти сигналы могут иметь искусственное (ИЗ сигналы, вызванные пролетом самолетов и стартом ракет) и естественное (болиды, ИЗ волны от штормов в океанах, ИЗ сигналы от полярных сияний) происхождение.

Инфразвуковые сигналы, вызываемые пролетом самолетов можно разделить на две категории:

1. Акустические волны от звуковых ударов, возникающих при прохождении самолетов через звуковой барьер;

2. Инфразвуковые сигналы, возникающие при работе двигателей самолетов, пролетающих в районе полигона.

Особенностью первых является направленность их распространения, обусловленная тем, что звуковые лучи составляют определенный угол к направлению движения самолета. Обычные значения энергии акустических импульсов вблизи источников соответствуют эквивалентным взрывам порядка десятков килограмм тринитротолуола (ТНТ). Наличие двух полков ПВО на территории Мурманской области и патрулирование государственной границы Россия-Норвегия, Россия-Финляндия силами ПВО НАТО позволяет фиксировать до 20 таких инфразвуковых сигналов в день. Основные азимуты прихода - юго-запад, запад, северо-запад и север. Сигналы, регистрируемые в зимнее и летнее время года, имеют значительные различия по форме. В зимнее время сигнал выглядит как одиночный отрицательный импульс амплитудой 0,5-1 Па и длительностью 0,5-0,6 секунды, в летнее время - как серия га 3-4 колебаний той же амплитуды, длительностью до 4 секунд. Такое различие в форме сигнала объясняется более сложным, расслоенным строением атмосферы в летний период.

Рис.6. Сонограмма инфразвукового отклика на удаляющийся от района СИЗК «Апатиты» самолет. Хорошо видно уменьшение частоты сигнала по мере удаления самолета.

Отклик на пролетающие в районе СИЗК полигона самолеты выгладит в виде длительного (до 10 мин) непрерывного спектра высокой частоты (максимум в районе 12-14 Гц в зависимости от типа самолета). На сонограммах, рассчитываемых при помощи программы EL, можно наблюдать проявление эффекта Допплера, связанного с приближением и удалением самолета от полигона (Рис. 6). Сигналы такого вида наблюдаются до 5-6 раз в день.

Отдельный раздел посвящен регистрации инфразвука, вызванного стартам и пролетам ракет. В этом разделе приведены примеры регистрации инфразвуковых сигналов, излучаемых при запуске ракет с космодрома "Плисецк», расположенного в Архангельской области на расстоянии 630 км от СИЗК «Апатиты». Сигналы выделяются в виде 2-3 волновых пакетов длительностью несколько минут, имеющих звуковую групповую скорость (330-350 м/с) и широкий спектр частот (0,7-10 Гц). Волновые пакеты, по-видимому, связаны с работой двигателей первой и второй ступеней ракет. Отмечено, что с увеличением тяги ракеты максимум в спектре сигнала смещается в сторону низких частот. Запуски баллистических ракет с кораблей ВМФ отличаются более высокочастотным спектром сигнала, меньшей длительностью пакета волн и отсутствием 2 и 3 пакетов. Результаты регистрации показывают, что инфразвуковой метод может с успехом применяться для контроля военных учений с применением ракетной техники в акватории Баренцева моря и на территории Северной части России, Северной Норвегии и Финляндии.

Отдельно рассматриваются инфразвуковые сигналы, относимые к взрывам метеоритов в атмосфере. Приводится пример регистрации взрыва болида, 17 января 2004 года над территорией Швеции в 650 км от СИЗК «Апатиты». Было зарегистрировано два прихода инфразвуковой волны с разницей 180 секунд между ними. Сигналы имеют максимумы в спектре в районе частот 0,5 и 1 Гц. Автором была произведена приблизительная оценка мощности взрыва по соотношению, применяемому при оценке воздушных ядерных взрывов мощностью до 100 кТ ТНТ:

log(Y) = 3,34*log(TA/w<rt) - 2.58.Y

где Y - мощность взрыва в кТ ТНТ,

TAmax - период, при котором амплитуда сигнала достигает максимума.

Мощность взрыва болида по этой оценке составила примерно 6,3 кТ ТНТ.

В следующем разделе рассмотрены вопросы, связанные с регистрацией инфразвуковых сигналов, вызываемыхмагнитосферными бурями и суббурями в верхних слоях атмосферы в полярных широтах. Известно, что во время сверхзвукового движения полярных сияний, вызванных магнитосферными

суббурями в ионосфере, происходит интенсивное излучение инфразвука, достигающего поверхности Земли в виде импульсов длительностью до 10 секунд, повторяющихся в течение 30-40 минут с периодичностью 3-4 минуты. Скорость следа импульсов может достигать 500 м/с, а азимут прихода постоянно изменяется, что свидетельствует о смещении дуги сияния и может быть использовано для определения направления движения и оценки скорости движения дуги. Кроме того, наблюдается высокочастотная составляющая, имеющая период около 0,5-1 секунды и длительность, достигающую 1,5 суток. Амплитуда этой составляющей не превышает 0,1 Па, поэтому для регистрации сигналов необходимо практически полное отсутствие ветра. Совместные наблюдения фотометрическим и инфразвуковым методами, проведенные в кооперации с Полярным геофизическим институтом КНЦ РАН, показали, что высокочастотные ИЗ сигналы проявляются синхронно с северными сияниями, при этом амплитуда высокочастотной компоненты напрямую зависит от интенсивности свечения сияния.

В разделе 3.3. рассмотрены результаты регистрации микробаром и перспективы использования получаемых данных для контроля атмосферного волноводного канала.

Микробаромы - устойчиво повторяющиеся в течение длительного промежутка времени квазисинусоидальные волны, имеющие период от 3 до 6 секунд, с амплитудой от долей до единиц паскаля. Спектральный анализ микробаром и микросейсм, генерируемых волнением в океане, показал их прямую зависимость -характерная частота микробаром примерно в 2 раза выше частоты максимума спектра океанских волн. Механизм образования микробаром сейчас хорошо изучен: они связываются с образованием стоячих волн на границе «поверхность океана - тыловая часть циклона». При проведении мониторинга событий взрывной природы микробаромы являются помехой, затрудняющей идентификацию близких по частоте и направлению прихода сигналов от дальних взрывов большой мощности или болидов. С другой стороны, устойчивость проявления микробаром в течение длительного времени и значительные расстояния до источника возбуждения, являются объективным основанием для использования микробаром в целях мониторинга динамического режима верхней стратосферы.

Основными источниками микробаром, регистрируемыми СИЗК «Апатиты», являются циклоны, возникающие в Атлантике и Северном Ледовитом океане. Отмечены единичные случаи прихода микробаром с восточного направления, прошедших более 6000 км от источника возбуждения в Тихом океане. Анализ регистрации микробаром показывает:

-в стратосфере над Кольским регионом преобладает устойчивый западный перенос, способствующий приходу микробаром с западного направления;

- интенсивность микробаром имеет характерные сезонные особенности, согласующиеся с расчетными данными, получаемыми на основе общепринятых моделей распространения инфразвука в атмосфере;

- факт прихода микробаром с различных направлений свидетельствует о наличии открытого акустического волновода в верхней стратосфере и возможности регистрации в эти дни инфразвука от источников, находящихся на сверхдальних расстояниях (более 1000 км).

На основании данных, приведенных в главе 3, сделан вывод о том, что с помощью СИЗК «Апатиты» можно уверенно регистрировать инфразвуковые сигналы как взрывного, так и невзрывного происхождения, а применяемые программным комплексом ЕЬ алгоритмы обработки сигналов позволяют производить их сопоставление с сейсмическими сигналами и проводить совместную интерпретацию с целью выделения («опознания») источника возбуждения.

В Главе 4 производится анализ проведенных наблюдений, обсуждаются их результаты, показываются возможности применения инфразвукового метода для зондирования атмосферы, рассматриваются дальнейшие перспективы совершенствования СИЗК «Апатиты» и новые направления исследований с использованием СИЗК.

Проведенные исследования показывают, что интегральное применение сейсмического и инфразвукового методов мониторинга волновых полей в литосфере и атмосфере в 90% случаев позволяют уверенно регистрировать наземные взрывы в радиусе до 300 км от СИЗК. Использование ПИАФ значительно увеличивает соотношение сигнал-шум на входе микробарографа и снижает влияние ветровой помехи более, чем в 6 раз в диапазоне регистрации основных сигналов (1-4 Гц).

Применение метода разнесенного приема с апертурой 330 м между инфразвуковыми датчиками обеспечивает оптимальные условия для регистрации ИЗ сигналов взрывного происхождения в диапазоне частот от 0,1 до 15 Гц. Для приема инфразвуковых колебаний более низкой частоты необходимо увеличивать расстояние между микробарографами до 1,2-1,6 км и изменять конфигурацию ПИАФ.

Накопленный банк данных инфразвуковых и сейсмических сигналов позволяет уверенно разделять их по типам источников возбуждения на основании типовых характеристик, таких как максимум в амплитудно-частотной характеристике, фазовая и групповая скорости, азимут прихода, длительность сигнала.

Многократные приходы инфразвуковых волн от одного источника возбуждения позволяют применять инфразвуковой метод наблюдения для зондирования атмосферы. Возможности такого подхода показаны на примере

регистрации серии наземных взрывов в Северной Финляндии, осуществленных в период со 2 по 10 сентября 2003 г. в, районе поселка Рокка с целью уничтожения боезапасов с длительным сроком хранения Расстояние до пункта взрыва от СИЗК «Апатиты» - 300 км. Мощности взрывов остались неизвестными, но сейсмические волны от них уверенно фиксировались сейсмической группой в пос. Карашйок (Северная Норвегия) и сейсмической группой СИЗК «Апатиты». Инфразвуковой частью СИЗК были зарегистрированы все 9 взрывов При этом от 5 взрывов зафиксировано по 3 раздельных фазовых прихода акустической волны с задержкой в среднем 90 и 200 секунд Появление многократных приходов волн объясняется отражением от инверсного слоя нижней тропосферы (Г№), верхней границы стратосферы (Гз) и нижней границы термосферы (Г) соответственно (Рис.7)

1 ) 1 А 1(1 I " 1 8 * ^ "Г 11 1 II г Г" т I 2.4 Ра 1 1 -Г Г Г Г 1---Г"1 -НИР ЕПК-О'Ч .98=5

1 . /; дзАгг. . - \ III Г г .3 • < а/ N . / ' 1 1 11 / '* ¡2Р* ' -нбк Ыл^ът И"*

1 1 V Г» Г 1 • Г=5 Т 2.1Ра II 1 1 1 1 |\| 1 1 -11712 0Р7 1'ЙЖ он

' V * г * » Г (1' * ±

|: 11; /1 .-< ОПШ.1'' Г> 1 1 ъ. Л 1'ста: ^тчпгжил 1 С]СШ0.1 1Ч 1 ОП

Рис 7 Пример регистрации многократного прихода инфразвуковых волн, генерированных одним наземным взрывом 08 сентября 2002г

От двух взрывов (1 и 2 день) наблюдались только тропосферные и термосферные приходы, и от двух (5 и 9 день) - только стратосферные Средние скорости распространения изменялись от 326 до 336 м/с для тропосферной фазы, от 300 до 305 м/с для стратосферной фазы и от 244 до 254 м/с для термосферной фазы Скорсти следа изменялись от 340 до 360 м/с для тропосферной фазы, от 357 до 365 м/с для

стратосферной фазы и от 370 до 400 м/с для термосферной фазы. Из траекторных расчетов следует, что для страто-термосферных сигналов высоты отражений расположены в диапазоне 36-39 и 111-132 км.

Автор не учитывал коэффициенты преломления на границах волноводов и возможные (достаточно существенные) попутные ветры в стратосфере, вследствие чего оценки высот стратосферного волновода могут быть несколько занижены. Для получения более точной модели стратификации атмосферы необходимо комбинировать данные, получаемые инфразвуковой группой, с данными о температуре и скорости ветра в стратосфере и мезосфере в разные сезоны года.

Этим примером автор стремится показать, что наряду с основным назначением СИЗК - надежной регистрацией наземных и воздушных взрывов, возможно его применение и для решения других прикладных задач. Приоритетными задачами на ближайшие годы являются следующие:

• контроль за передвижением удаленных циклонов;

• исследование инфразвуковых колебаний, вызываемых сходом лавин с близлежащего горного массива Хибины;

• использование СИЗК «Апатиты» для оперативного контроля за формированием инверсных температурных слоев в нижней тропосфере, затрудняющих проветривание горных выработок после массовых взрывов;

• разработка способов использования инфразвука от лесных пожаров для их своевременного обнаружения и контроля за миграцией очагов возгорания;

• исследование влияния инфразвуковых волн, распространяющихся в полярной атмосфере, на организм человека (особенно инфразвуковых колебаний, устойчиво повторяющихся в течение длительного промежутка времени, таких как микробаромы и инфразвук от полярных сияний);

В Заключении приводятся основные результаты выполненных работ, обсуждаются вопросы практической значимости результатов исследований.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Создан уникальный программно-аппаратный сейсмоинфразвуковой комплекс - СИЗК «Апатиты», первый и пока единственный эффективно работающий в Евро-Арктическом регионе, позволяющий одновременно регистрировать в режиме реального времени сейсмический и инфразвуковой сигналы, детектировать сигналы от различных по природе и геосферной позиции источников возбуждения и производить их локацию. Изложены принципы создания СИЗК, его современные технические параметры и

перспективы их совершенствования, рассмотрены варианты его дальнейшего развития и модернизации.

2. Проведены экспериментальные исследования по применению различных типов пространственных инфразвуковых акустических фильтров (ПИАФ), предназначенных для снижения уровня некогерентных помех и улучшения соотношения сигнал-шум в диапазоне частот регистрируемых сигналов, обоснован выбор оптимальных параметров (типа, размеров и конфигурации) ПИАФ для решения поставленных задач с учетом реальных местных условий регистрации, в том числе повышенного уровня естественного шумового фона.

3. Выявлены специфические особенности распространения инфразвуковых сигналов в Евро-Арктическом регионе, связанные с вариациями структуры приземного слоя атмосферы в разные сезоны года.

4. С использованием СИЗК «Апатиты» определены амплитудно-частотные характеристики сейсмических и инфразвуковых сигналов, генерируемых промышленными наземными взрывами в горно-добычных карьерах главных рудных районов Мурманской области (рудники ОАО «Апатит», ОАО «ОЛКОН», ОАО «Кольская ГМК», ОАО «Ковдорский ГОК»).

5. Определены типовые параметры инфразвуковых сигналов невзрывного происхождения, но близкие к промышленным взрывам по спектральному составу (ударные волны в атмосфере от болидов и сверхзвуковых самолетов; инфразвуковые сигналы, вызванные пуском ракет; микробаромы; инфразвуковые сигналы, вызываемые электромагнитными бурями и полярными сияниями в авроральном поясе приполярной области), разработаны методики их надежного детектирования и распознавания.

Проведенные исследования позволили определить пути дальнейшего совершенствования СИЗК «Апатиты» с целью расширения возможностей его применения для мониторинга окружающей среды.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Велихов Е.П., Жамалетдинов АЛ., Виноградов ЮЛ., Асминг В.Э. и др. Российско-норвежский эксперимент по глубинному картированию токопроводящих горизонтов Печенгской структуры с помощью источника «Хибины»У/ ДАН, т.328, №4,1993.0.451-455.

2. Виноградов ЮЛ. Возможности применения инфразвукового мониторинга для оценки строения атмосферы.// Материалы XXVI Международного ежегодного семинара «Физика авроральных явлений», Апатиты, 25-28 Февраля, 2003. Апатиты: ПГИКНЦРАН,2003.С.

3. Виноградов Ю.А Сейсмоинфразвуковой комплекс «Апатиты» - новый инструмент дистанционного геомониторинга в Евро-Арктическом регионе. // Север 2003: проблемы и решения. / Под ред. акад. В.Т. Калинникова. Апатиты: КНЦРАН,2004.С.105-110.

4. Виноградов Ю.А Сравнение методов приведения сигналов произвольной формы к отклику на прямоугольную ступень тока. //Глубинные геоэлектрические исследования с использованием промышленных линий электропередач. Апатиты: КНЦ РАН, 1990.С.95-98.

5. Кузьмин ИА, Виноградов ЮА Модернизированный акустический комплекс КРСЦ и некоторые примеры регистрации инфразвуковых колебаний. //Техника и методика геофизического эксперимента. Апатиты: КНЦ РАН, 2003. С. 57 - 61.

6. Vinogradov Yu., Baryshnikov A. Seismic&infrasound integrated array "Apatity". Techniques, data processing, first results of observations. // EGS-AGU-EUG Joint Assembly, 6-11 April, 2003, Nice, France. Geophysical Research Abstracts, vol.5, A-l 1256,2003. P.357.

7. Vinogradov Yu., Ringdal F. Analysis of infrasound data recorded at the Apatity array. // Norsar Scientific Report No. 1-2003. Kjeller: Norsar, 2003. P.68-77.

8. Vinogradov Yu., Vinogradov A. Recording of remote ground explosions in the Barents region by the seismic&infrasonic integrated array "Apatity". // EGS-AGU-EUG Joint Assembly, 6-11 April, 2003, Nice, France. Geophysical Research Abstracts, vol.5, A-08896,2003. P.357.

9. Zhamaletdinov AA., Tokarev A.D., Vinogradov Yu.A., Asming V.E., Otchkur N.A., Ronning J.S., Lile O.B. Deep geoelectrical studies in the Finmark and the Pechenga area by means of the "Khibiny" source. // Physics of the Earth and Planetary Interiors, 81, 1993. P.277-287.

Автореферат

Виноградов Юрий Анатольевич

КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАЗВУКОВОГО И СЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ОТ НАЗЕМНЫХ ВЗРЫВОВ

Технический редактор В.А.Ганичев

Лицензия серия ПД №00801 от 06 октября 2000 г.

Подписано к печати 24.05.2004

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Гарнитура Times /Cyrillic

Уч.-изд.л. 1.3. Заказ № 27. Тираж 80 экз.

Ордена Ленина Кольский научный центр им.С.М.Кирова 184209, Апатиты, Мурманская область, Ферсмана, 14

#16073

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Виноградов, Юрий Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ Раздел 1.1. Возникновение и развитие методов наблюдения за инфразвуком

Раздел 1.2 Механизм дальнего распространения инфразвуковых волн в атмосфере

Раздел 1.3. Современные инфразвуковые станции наблюдения

ГЛАВА 2. ИНТЕГРИРОВАННЫЙ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ

СЕЙСМОИНФРАЗВУКОВОЙ КОМПЛЕКС «АПАТИТЫ» Раздел 2.1. Климато-метеорологические и географические условия в районе расположения СИЗК «Апатиты»

Раздел 2.2. Структурная схема сейсмоинфразвукового комплекса «Апатиты»

Раздел 2.3. Программный комплекс Event Lokator (EL), для сбора, накопления, обработки, архивирования и хранения данных

Раздел 2.4. Экспериментальные исследования по выбору оптимальной конструкции пространственного инфраакустического фильтра (ПИАФ)

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

СЕЙСМОИНФРАЗВУКОВОГО КОМПЛЕКСА «АПАТИТЫ»

Раздел 3.1. Регистрация наземных взрывов

Раздел 3.2. Инфразвуковые сигналы, вызываемые другими источниками возбуждения

Раздел 3.3. Регистрация микробаром

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕГИСТРИРУЕМЫХ ДАННЫХ

Раздел 4.1. Общая характеристика регистрируемых данных

Раздел 4.2. Использование инфразвукового метода для зондирования атмосферы

Раздел 4.3. Оценка затухания инфразвуковой волны по амплитуде микробаром

Раздел 4.4. Применение инфразвукового и сейсмического методов наблюдений для обнаружения температурных инверсий в нижней атмосфере

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Комплексное применение инфразвукового и сейсмического методов регистрации волновых полей для выделения сигналов от наземных взрывов"

Актуальность проблемы. «Исследования динамических процессов, изучение энергетических потоков во внешних геосферах и потоков механической энергии во внутренних геосферах, процессов перераспределения энергии и причинно-следственных связей в системе взаимодействующих геосфер, а также самих источников возмущений являются задачами важного научного и практического значения»[1,5]. Активная техногенная деятельность человечества вызывает мощные потоки энергии в геофизической среде, в частности приповерхностной зоне земной коры [2] и нижних слоях атмосферы (тропосфера и стратосфера). Такие потоки могут спровоцировать нарушение геодинамического равновесия в зонах промышленного освоения недр или в местах расположения инженерно-технических сооружений и систем повышенной опасности [3]. В связи с этим возникает потребность в формировании региональных и глобальных систем геомониторинга, составной частью которых являются средства инструментального детектирования и лоцирования сейсмогенных явлений естественного и искусственного происхождения. Совместный интегральный анализ сейсмических и инфразвуковых данных дает возможность осуществлять верификацию источника возбуждения энергии и производить его локацию, с оценкой его интенсивности. Комплексирование сейсмического и инфразвукового метода регистрации волновых полей позволяет достоверно разделить наземные и подземные взрывы, а также отличить события, происходящие в литосфере и гидросфере, от различных ударно-взрывных и геофизических возмущений, вызывающих генерацию инфразвуковых волн, в нижних и верхних слоях атмосферы. Работоспособность интегрированных комплексов в условиях высоких широт была продемонстрирована совместными исследованиями ИФА РАН, ПГИ и ГИ КНЦ РАН в 80-е, 90-е годы [34,47,83]: Вместе с тем эти пионерные работы выявили ряд ограничений и проблем, преодоление которых потребовало поиска новых технических решений.

Исходя из вышеизложенного, с 1996 г. в Кольском региональном сейсмологическом центре Геофизической службы РАН (КРСЦ ГС РАН) начаты работы по дополнению существующей короткопериодной сейсмической группы, расположенной в 18 км от города Апатиты и состоящей из 9 сейсмометров, для измерения вертикальной составляющей Sz, и трехкомпонентной сейсмической станции, инфразвуковыми датчиками, для изучения характера и условий распространения инфразвуковых волн на частотах ниже 10 Гц.

Цель исследования заключалась в разработке методов верификации и локации источников возбуждения сейсмических и инфразвуковых колебаний для выявления диагностических критериев надежного детектирования! наземных взрывов на удалении до 300 км.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели автором были решены следующие задачи:

• разработка оптимальной конструкции инфразвуковой части СИЗК для уверенной регистрации различных типов инфразвуковых сигналов в условиях Евро-Арктического региона, характеризующихся повышенным фоном шумов природного и техногенного происхождения; разработка оптимальной системы сбора, передачи, обработки и хранения регистрируемой информации;

• изучение особенностей распространения ИЗ сигналов в авроральной зоне Евро-Арктического региона при различных метеоусловиях, классификация инфразвуковых сигналов, сопоставление их с сейсмическими данными и совместная их интерпретация;

Методика исследований. Поставленные задачи решались комплексным методом, включающим: анализ и обобщение научного опыта и технических достижений по проблеме исследований; теоретические расчеты и экспериментальные проверки конфигурации комплекса; методы цифровой обработки сигналов; теорию дальнего распространения инфразвуковой волны в атмосфере; численные методы.

Фактический материал: в работе использована база данных КРСЦ ГС РАН, включающая в себя волновые формы, зарегистрированные сейсмической группой «Апатиты» за период 1995-2004 годы и инфразвуковой группой «Апатиты» за период 1999-2004 годы, данные метеостанций г.Мончегорск и г.Кандалакша за период 2001-2003 годы, данные цифровой семиканальной метеостанции PROFI, входящей в состав СИЗК «Апатиты» за 2004 год, данные о местоположении, дате, времени и мощности химических взрывов, произведенных на рудниках Мурманской области, предоставленные горнодобывающими предприятиями ОАО «Апатит», ОАО «ОЛКОН», ОАО «Кольская ГМК» и ОАО «Ковдорский ГОК».

Научная новизна заключается в том, что: на базе уже существующей короткопериодной сейсмической группы «Апатиты» КРСЦ ГС РАН впервые в Евро-Арктическом регионе был разработан и создан современный цифровой сейсмоинфразвуковой комплекс, адаптированный к местным природно-климатическим и географическим условиям, позволяющий уверенно регистрировать наземные и атмосферные взрывы на расстоянии до 300 км; посредством СИЗК «Апатиты» выявлены характеристические параметры основных источников возбуждения инфразвуковых волн в Евро-Арктическом регионе, позволяющие произвести классификацию этих источников; непрерывный мониторинг и значительное количество источников возбуждения инфразвуковых волн позволили определить характер распространения ИЗ волн в различные сезоны года и времена суток и разработать рекомендации по использованию инфразвукового метода наблюдений для зондирования атмосферы в Евро-Арктическом регионе и его применению в региональных системах геоэкологического и геодинамического мониторинга и контроля природной среды.

Основные положения, выносимые на защиту, отражающие главные результаты диссертационной работы:

1. Применение пространственно-распределенных групп инфразвуковых и сейсмических регистраторов (mini-array) позволяет в условиях Евро-Арктического региона детектировать и лоцировать наземные взрывы в радиусе от 1 до 300 км от СИЗК «Апатиты» (в зависимости от метеорологических условий), при этом специальная методика фильтрации атмосферных помех обеспечивает надежное выделение инфразвуковых сигналов, вызванных взрывами мощностью более 1 т тротилового эквивалента, даже при высоком уровне шумового фона, характерного для высокоширотной области атмосферы в периоды электромагнитных бурь.

Достоверность научных положений обеспечена: использованием фундаментальных законов механики сплошных сред и акустики [15,27,29,31]; надежностью и точностью локации заведомо известных источников сейсмических и инфразвуковых колебаний, к которым относятся рудники, производящие добычу открытым способом, расположенные на расстоянии 40 -220 км от СИЗК «Апатиты».

Практическая значимость: Актуальность решаемых в диссертационной работе задач определяется потребностью как организаций, проводящих непрерывный мониторинг за состоянием окружающей среды, так и предприятий горнодобывающей отрасли в надежных методах локации и диагностики событий, происходящих в литосфере и атмосфере. Применение интегрированных сейсмоакустических комплексов в системах комплексного мониторинга состояния природной среды и на геодинамических полигонах в горно-промышленных районах повышает надежность контроля за геодинамическим режимом территории, обеспечивая выявление и локализацию наземных взрывов и обрушений скальных массивов, расположенных вне зон визуального наблюдения традиционными средствами. СИЗК «Апатиты» может быть эффективно использован для автоматического контроля соблюдения регламентируемых режимов в охранных зонах вокруг инженерно-технических сооружений повышенной опасности (в том числе подземных хранилищ РАО), обеспечивая обнаружение случаев и мест проведения несанкционированных наземных взрывов и предотвращая ложное срабатывание охранных систем на ударно-волновые процессы в атмосфере.

Апробация работы и публикации. Отдельные выводы и некоторые результаты работы представлялись и обсуждались на семинарах КРСЦ ГС РАН, школе-семинаре МНТЦ (Обнинск, 2002), на совместной ассамблее Европейского геофизического сообщества (European Geophysical Society), Американского геофизического союза (American Geophysical Union) и Европейского союза по геонаукам (European Union of Geosciences) (Nice, France, 2003), на XXVI международном семинаре «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 2003), международном совещании «Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика» (Апатиты-Кировск, 2004). Полученные в ходе исследования результаты, нашли свое отражение в проекте МНТЦ № 1341 «Исследование характеристик инфразвукового фона для оценки пороговой чувствительности инфразвукового метода контроля за проведением ядерных испытаний» и проекте РФФИ № 1.5.8 «Комплексный анализ характеристик и усовершенствование модели распространения сейсмических волн в Баренцрегионе для решения проблем повышения эффективности контроля сейсмической опасности в районах расположения экологически опасных объектов, включая ядерные». По теме диссертации опубликовано 9 статей. Полученные результаты также отражены в 4 отчетах по НИР Кольского регионального сейсмологического центра ГС РАН и в отчетах по вышеперечисленным проектам.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, включающего 96 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Виноградов, Юрий Анатольевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Создан уникальный программно-аппаратный сейсмоинфразвуковой комплекс (СИЗК) «Апатиты», первый и пока единственный в Евро-Арктическом регионе, позволяющий одновременно регистрировать в режиме реального времени сейсмический и инфразвуковой сигналы, детектировать сигналы от различных по природе и геосферной позиции источников возбуждения и производить их локацию. Изложены принципы создания СИЗК, его современные технические параметры и перспективы их совершенствования, рассмотрены варианты его дальнейшего развития и модернизации.

2. Проведены экспериментальные исследования по применению различных типов пространственных инфразвуковых акустических фильтров (ПИАФ), предназначенных для снижения уровня некогерентных помех и улучшения соотношения сигнал-шум в диапазоне частот регистрируемых сигналов, выбраны оптимальный размер и конфигурация ПИАФ для местных условий регистрации.

4. С использованием СИЗК «Апатиты» определены амплитудно-частотные характеристики сейсмического и инфразвукового сигналов, генерируемых промышленными наземными взрывами, проводимыми в горно-добычных карьерах главных рудных районов Мурманской области (рудники ОАО «Апатит», ОАО «ОЛКОН», ОАО «Кольская ГМК», ОАО «Ковдорский ГОК»).

6. Проведенные исследования позволили определить пути дальнейшего совершенствования СИЗК «Апатиты» с целью расширения возможностей его применения для мониторинга окружающей среды.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Виноградов, Юрий Анатольевич, Москва

1. Адушкин В.В., Зецер Ю.И. Перераспределение энергии во внутренних и внешних геосферах при высокоэнергетических воздействиях. // Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений. М., ИДГ РАН, 1994. С. 10-18.

2. Адушкин В.В., Спивак А.А. Геомеханика крупно-масштабных взрывов. М., Недра, 1993.

3. Адушкин В.В., Гарнов В.В., Тамм И.И., Христофоров Б.Д. Геоэкологические аспекты крупномасштабных взрывов химических ВВ. // Динамические процессы во внутренних и внешних оболочках Земли. М, ИДГ РАН, 1995. С.245-248.

4. Адушкин В.В., Харламов В А., Рыбнов Ю.С. Характеристика инфразвукового фона на станциях Дубна и Залесово. // Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М., ИДГ РАН, 1999. С.166-175.

5. Адушкин В.В., Щукин Ю.К. Динамические процессы во взаимодействующих геосферах. // Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М., ИДГ РАН, 1999. С.7-22.

6. Андреева Е.С., Гохберг М.В., Куницын В.Е., Терещенко Е.Д, Худукон Б.З., Шалимов С.Л Радиотомографическая регистрация возмущений ионосферы от наземных взрывов. // Косм, исследования 2001, т.39, №1 -с. 13-17.

7. Акасофу С. Полярные сияния и магнитосферные суббури. М.:Мир,1971. 316 с.

8. Асминг В.Э. Программный комплекс для автоматизированной обработки сейсмических записей "EL".// Приборы и методика геофизического эксперимента. Мурманск, изд. ООО "МИП-999" , 1997, с. 125-132.

9. Асминг. В.Э., Кременецкая Е.О. Обоснование и проверка скоростных моделей для Хибинского массива и северо-западного региона. // Геомеханика при проведении горных работ в высоко напряженных массивах. Изд. КНЦ РАН, Апатиты, 1998, с. 123131.

10. П.Асминг В.Э., Кузьмин И.А., Журков М.А. Программмно-аппаратный комплекс для непрерывной регистрации и предварительной обработки сейсмологической информации. //Техника и методика геофизического эксперимента Апатиты. Изд. КНЦ РАН. С. 61 -67.

11. Афраймович Э.Л. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы. М., Наука, 1982,198 с.

12. Афраймович Э.Л., Воробьев Н.Н., Ерущенков А.И., Сорокин А.Г. Геофизический комплекс для измерения природного инфразвука в диапазоне частот 0,01-1 Гц. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и Физике Солнца, вып. 90, М., Наука, 1990,. С.207-216.

13. Бакланов А.А. Современные представления о вентиляции карьеров. Апатиты: изд. КНЦ РАН, 1995

14. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М. Наука, 1981, с. 44-52.

15. Бовшеверов В.М., Горшков Н.Ф., Ломадзе С.О., Мордухович М.И. Спектральная характеристика ослабления турбулентности пульсаций давления, пространственным фильтром. //Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1973, Т.9, N.6, с. 645647.

16. Бреднев С.П., Кудрявцев В.И., Рыбнов Ю.С., Харламов В.А. Оценка эффективности подавления турбулентного шума при микробарометрических измерениях. // Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли. Книга 2. М., ИДГ РАН, 2003 г. С.379-385.

17. Бреховских Л.М. Звуковые волны под водой, обусловленные поверхностными волнами в океане. //Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1966, Т.2, N. 9.

18. Буш Г.А., Воробьев Н.Н. О приеме низкочастотных акустических волн на больших расстояниях от импульсных источников. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып.75. М.: Наука, 1986. С. 189-201.

19. Буш Г.А., Грачев А.И., Куличков С.Н., Матвеев А.К., Мордухович М.И. Отрезов А.И. Распространение инфразвуковых волн от экспериментальною взрыва. Препринт. М.: Ин-т физики атмосферы АН СССР. 1982. 35 с.

20. Буш Г.А., Грачев А.И., Куличков С.Н., Матвеев М.И., Отрезов А.И О дальнем распространении звука в атмосфере вдоль земной поверхности. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана.1984. Т. 20. №4. С. 309-311.

21. Буш Г.А., Грачев А.И., Иванов Е.А., Куличков С.Н., Мордухович М.И., Педанов М.В. Об аномальном распространении звука в атмосфере. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана.1986. Т. 22. № 1. С. 91-94.

22. Буш Г.А., Иванов Е.А., Куличков С.Н. и др. О стабильности тонкой структуры стратосферного акустического волновода. // Известия Академии наук. Физика атмосферы и океана 1991, Т.27, N. 7, с. 770-775.

23. Буш Г.А., Иванов Е.А, Куличков С.Н., Свертилов А.И. Аномальные эффекты при дальнем распространении звука в атмосфере. Препринт N 13, М., ИФА РАН, 1990, 32 с.

24. Буш Г.А., Иванов Е.А., Куличков С.Н., Кунаев А.В., Педанов М.И. Об акустическом зондировании тонкой структуры верхней атмосферы. // Известия Академии наук. Физика атмосферы и океана. М., Наука, 1989, Т.25, N. 4, с. 339-347.

25. Буш Г.А., Куличков С.Н., Свертилов А.И. О некоторых результатах экспериментов по рассеянию акустических волн на анизотропных неоднородностях средней атмосферы. // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т. 33. № 4. С. 483-491.

26. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухорукое А.П. Теория волн. М.: Наука, 1979. 383 с

27. Гамбурцев Г.А. Основы сейсморазведки. Гостоптехиздат, 1959.

28. Голицын Г.С, Чунчузов Е.П. Акустико гравиационные волны в атмосфере. // Результаты исследований по международным геофизическим проектам. Полярные сияния и свечение ночного неба. М., 1975, N. 23, с. 5-21.

29. Госсард Э., Хук У.Х. Волны в атмосфере. М., Мир, 1978.

30. Гостинцев Ю.А., Иванов Е.А., Куличков С.Н. и др. О механизме генерации инфразвуковых волн в атмосфере большими пожарами. // Докл. АН СССР. 1985. Т. 283. №3. С. 573-576.

31. Гостинцев Ю.А., Иванов Е.А., Шацких Ю.В. Инфразвуковые и внутренние гравитационные волны в атмосфере при больших пожарах. //ДАН СССР. 1983. Т. 271. № 2. С. 327-329.

32. Грачев А.И., Куличков С.Н., Кременецкая Е.О., Кузьмин И.А., Федоренко Ю.В., Распопов О.М. Об опыте сейсмоакустических исследований в полярном регионе. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 1997. -Т. 33, №6. С.804-811.

33. Дуккерт П. Распространение волн взрывов в атмосфере. Гостехиздат, 1934,72 с.

34. Ерущенков А.И. Экспериментальное исследование пространственного инфраакустического фильтра кольцевого типа. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и Физике Солнца, Иркутск, 1975, вып. 36, с.124-131.

35. Ерущенков А.И,, Величастный Б.Н., Климов Н.Н., Пономарев Е.А. Некоторые виды инфразвука. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 39. М.: Наука 1976.С.176-179.

36. Ерущенков А.И., Пономарев Е.А., Сорокин А.Г. Инфразвук от пролета космических систем. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Новосибирск, Наука, 1995, вып. 103, с. 85-91.

37. Ерущенков А.И., Пономарев Е.А., Сорокин А.Г. О микробаромах в Восточной Сибири. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., "Наука", 1979, вып.46,113-120.

38. Ерущенков А.И., Пономарев Е.А., Сорокин А.Г.Довиков A.M. Инфразвукометрический комплекс в авроральной зоне. // Физические процессы в атмосфере высоких широт. Якутск, 1976, 87с.

39. Ерущенков АИ., Пономарев Е.А., Сорокин А.Г., Орлов В.В. Основные результаты исследований атмосферного инфразвука в ИСЗФ СО РАН (1972-1992 гт.).// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Новосибирск, Наука, 1992, вып. 100, с.54-94.

40. Крейг Р. А Метеорология и физика верхней атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1970, 505с.

41. Кременецкая Е.О., Кузьмин И.А., Асминг В.Э., Баранов С.В., Журков М.А. Создание базы данных о сейсмичности Баренцрегиона. // Теоретические и прикладные модели информатизации региона. Изд. БСНЦ РАН, Апатиты, 2000, с. 44-49.

42. Кудрявцев В.И., Рыбнов Ю.С., Харламов В.А. Анализ возможностей шумоподавления при микробарометрических измерениях в приземном слое атмосферы. //

43. Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках Земли. Книга 2. М., ИДГ РАН, 2003 г. С.З 97-405.

44. Кузьмин И.А., Федоренко Ю.В., Грачев А.И., Куличков С.Н., Распопов О.М. // Сейсмоакустический комплекс для регистрации инфразвука в полярном регионе. Апатиты: изд. КНЦ РАН, 1995 26 с.

45. Куличков С.Н. Дальнее распространение звука в атмосфере (обзор). // Известия Академии наук. Физика атмосферы и океана. М., Наука, 1992, Т.28, N. 4, с. 339-360.

46. Куличков С.Н. О распространении волн Лэмбав атмосфере вдоль земной поверхности. //Изв.АН СССР. Физика атмосферы и океана 1987. Т. 23. № 12. С. 1251-1261.

47. Куличков С.Н., Буш Г.А. Быстрые вариации инфразвуковых сигналов на больших расстояниях от однотипных взрывов. // Изв.АН СССР. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. №3. С. 331-338.

48. Месси X. С. Бойд Р.Л. Верхняя атмосфера. Л., Гидрометеоиздат, 1962.

49. Митра С.К. Верхняя атмосфера. М.: Изд-во иностранная литерат., 1955. 639 с.

50. Орлов В.В., Уралов А.М. Реакция атмосферы на слабый наземный взрыв. // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1984, Т. 20, N. 6, с. 476-483.

51. Павлов В.И., СухоруковА.И. Излучение инфразвука в атмосферу вихревой неоднородностью, находящейся вблизи поверхности океана. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана 1984. Т.20. № 8. С.759-756.

52. Першаков Л.А. Автоматическая метеорологическая станция. // Техника и методика геофизического эксперимента. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2003. С.67-76.

53. Пономарев Е.А., Сорокин А.Г. Исследование характеристик пространственного инфр азву ково го акустического фильтра // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Новосибирск, Наука, 1994, вып. 102, с. 80-87.

54. Пономарев Е.А., Сорокин А.Г. Метеорологические условия распространения микробаром. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца Новосибирск, 1995, вып. 103, с. 77-85.

55. Рий Д.В. Воздушная звуковая волна при подземных взрывах. Подводные и подземные взрывы. / Под ред. В.Н. Николаевского. М.: Мир. 1974. С. 393-413.

56. Табулевич В.Н. Комплексные исследования микросейсмических колебаний. Новосибирск, 1986,151с.

57. Шумилов О.И., Васильев А.Н., Касаткина Е.А. и др. Высокоширотный комплекс по измерению атмосферных волн и электричества (ВКИАВЭ). // Техника и методика геофизического эксперимента. Апатиты: Изд-во Кольского научного- центра РАН, 2003. -С.6-18.

58. Шумилов О.И., Касаткина Е.А., Терещенко Е.Д., Васильев А.Н., Распопов О.М. Вариации атмосферного давления в области подветренных волн вблизи горного массива Хибины. // Изв. РАН, Физ. атмосферы и океана-2002, т.38, №4 с.471-475.

59. Шумилов О.И., Касаткина Е.А., Терещенко Е.Д., Куличков С.Н., Васильев А.Н. Регистрация инфразвука от Витимского болида 24 сентября 2002 г. // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т. 77, вып. 2. С. 121-123

60. Balachandran N., Donn W.L. Characteristics of infrasonic signals from rockets. // Geophys.J.Roy.Astron. Soc., 1971,26, No 1-4. P. 135- 148.

61. Benioff H., Gutenberg B. Waves and currents recorded by electromagnetic barographs. // Bull. Amer. Meteorol. Soc., 1939, V.20, N.10. P. 421- 426.

62. Bull G., Goering H., Neisser I. Atmospherische Infraschallwellen. // Zeitschrift fur Meteorologie. B. 38,1988, H.5. P. 265-283.

63. Burridge R. The acoustics of pipe arrays. // Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 1971, V.26, N.104. P.53-69.

64. Cook R.K. Strange sound in atmosphere. // Sound, 1962, V.l, N.2. P. 12-16.

65. Cotton D.E., Donn W.L. Sound from Apollo rockets in space. // Science 1971, V.l71, No.3971. P.565-567.

66. Cotton D.E., Donn W.L., Oppenheim A. On the generation and propagation of shock waves from Apollo rockets at orbital altitudes. // Geophys. J. Roy. Astr. Soc., 1971, V. 26, No. 1-4. P. 149-159.

67. Daniels F.B. Noise-reducing line microphone for frequencies below 1 cps. // J. Acoust, Soc. Amer., 1959, V.31, N. 4. P. 529-531.

68. Donn W. Natural infrasound of five second period. // Nature, 1967, V. 215, N. 5109. P. 1469-1470.

69. Donn W.L., Balahandran N.K., Rind D. Tidal wind control of long range rocket infrasound. //J. Geophys.Res., 1975,V.80,No.12.P. 1662-1664.

70. Donn W., Posmentier E.S. Infrasound waves from the marine storm of April 7, 1966. // J. Geophys. Res. 1967, V. 72, N. 8. P. 2053-2061.

71. Donn W.L., Posmentier E., Fehr U., Balachandran N.K. Infrasound at long range from Satum-5,1967.//Science, 1968, V. 162, No 3858. P. 1116-1120.

72. Donn W., Rind D. Microbaroms and the temperature and wind of upper atmosphere. // J. Atm. Terr. Phys., 1972, v. 29, No l.P. 156- 172.

73. Fujiwhara S. On the abnormal propagation of sound waves in the atmosphere. // Bull. Centr. Meteorol. Observ. Japan, 1914, V.2,N. l.P. 1-143.

74. Fujiwhara S. On the abnormal propagation of sound waves in the atmosphere. Second part. // Ibid. 1914, V. 2, N. 4.P.1-82.

75. Gutenberg В., Benioff H. Atmospheric pressure waves near Pasadena // Trans. Amer. Geophys. Union, 1941, v. 22, pt.2. P. 424-426.

76. Grary A.P. Stratospheric winds and temperatures from acoustical propagation studies. // J. Meteorology. 1950, V. 7. P.233-242.

77. Kaschak G.R., Donn W.L., Fehr. Long-range infrasonic from rockets. // J. Acoust. Soc. Amer., 1970, v. 48, No 1, pt.l. P. 12-20.

78. Kremenetskaya E., Asming V., Ringdal F. Seismic Location Calibration of the Europian Arctic.//Pure appl. geophys. Vol. 158, No. 1-2,2001, p. 117-128.

79. Kremenetskaya E.O., Kuzmin I.A., Raspopov O.M., Kulichkov S.N. Seismo-acoustical equipment complex in Murmansk region. // Infrasound workshop for CTBT monitoring, August 25-28,1997, Santa Fe, New Mexico, Abstract.

80. Pierce A. D., Posey J. W., Ilifs E.E. Variation of nuclear explosion generated acoustic-gravity waveforms burst height and with energy yield. // J. Geophys. Res, 76, 1971. P.5025-5042.

81. Posmentier E.S. Preliminary observations of 1-16 Hz natural background infrasound and signals from Appolo 14 and aircraft. // Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 1971, v. 26, No 1-4. P. 173-176.

82. Rind D. Lover thermosphere tidal effects and circulations observed with natural infrasound // In. JAGA/JAMAP Joint Assemble, Seatl, 1977.

83. Rind D. Microseisms at Palisades. Microseisms and microbaroms. // J. Geophys. Res., 1980, v. 85, No B9. P.4854-4862.

84. Rind D., Donn W. Furiier use of nature infrasound as a continuous monitor of the upper atmosphere. //J. Atm. Sci., 1975, v. 32, No 9. P. 1694-1704.

85. Rind D., Donn W., Dede E. Upper air wind speeds calculated from observations of natural infrasound. // J. Atm. Sci., 1973, v. 30, No 8. P. 1726-1729.

86. Ringdal F., Kremenetskaya E, Asming V, Filatov Y. Study of seismic travel-time models for the Barents region.// NORSAR Semiannual Tech. Summ. 1 Oct. 96-31 March 97, NORSAR Sci. Rep. No. 2-96/97, Kjeller, Norway. P. 31 -3 5.

87. Saxser L. Uber Entstehung und Ausbreitung quasiperiodischer Luftdruck schwankungen. // Arch. Meteorol. Geophys. und Bioklimatol., 1954, Bd. A6, H. 3-4, P.451-453

88. Varghese T.G., V. Kumar. Detection and location of an atmospheric nuclear explosion by microbarograph array. //Nature, 1970, v. 225. P. 259 261.

Информация о работе

Виноградов, Юрий Анатольевич
кандидата технических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.10

Диссертация

Комплексное применение инфразвукового и сейсмического методов регистрации волновых полей для выделения сигналов от наземных взрывов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы