Физика Земли, 2020, № 2, стр. 127-147

Различение типов микросейсмических источников по данным малоапертурных сейсмических групп

И. А. Санина 1, О. Ю. Ризниченко 1, А. Ф. Кушнир 2, А. В. Варыпаев 2*, С. И. Сергеев 3, С. Г. Волосов 1

1 Институт динамики геосфер РАН
г. Москва, Россия

2 Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН
г. Москва, Россия

3 Российские сети вещания и оповещения
г. Москва, Россия

* E-mail: avalex89@gmail.com

Поступила в редакцию 25.04.2019
После доработки 17.06.2019
Принята к публикации 24.06.2019

Аннотация

В настоящей работе рассматривается задача регистрации и обработки микросейсмических данных с дальнейшей их интерпретацией и принятием решений о возможных угрозах, связанных с нарушениями целостности земной среды в результате горных выработок. Указанные решения принимаются на основе обнаружения микросейсмических источников и распознавания типов их очагов в результате обработки многоканальных сейсмограмм малоапертурных сейсмических групп. Процедуры обработки сейсмограмм содержат алгоритмы обнаружения сигналов микросейсмических источников в зашумленных сейсмограммах датчиков групп и процедуры оценивания различных параметров этих источников. В работе предложен новый алгоритм обнаружения, основанный на оценке множественной когерентности сейсмограмм датчиков группы, который позволяет выявлять волновое излучение микросейсмических источников со сложными механизмами очагов на фоне диффузных сейсмических помех. В отличие от широко применяемого STA/LTA группового детектора, ориентированного на обнаружение плоских сейсмических волн, предлагаемый детектор предназначен для обнаружения волн от локальных сейсмических событий в сложно устроенной приповерхностной земной среде. С помощью численных экспериментов с модельными и реальными данными сейсмических групп, содержащими сигналы источников со сложными механизмами очагов, показано, что распознавание типов микросейсмических источников можно производить, используя различные алгоритмы анализа данных сейсмических групп: как новые алгоритмы оценивания координат микросейсмических источников, так и традиционные алгоритмы пространственно-временного спектрального анализа.

Ключевые слова: микросейсмический источник, малоапертурная группа, обнаружение сигналов, фильтр Кейпона, микросейсмический мониторинг, формирование луча, тензор сейсмического момента.

DOI: 10.31857/S0002333720010123

Список литературы

  1. Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология. Т. 1, 2. М.: МИР. 1983.

  2. Кушнир А.Ф. Статистические и вычислительные методы сейсмического мониторинга. М.: КРАСАНД. 2012. 464 с. ISBN: 978-5-396-00450-4.

  3. Кушнир А.Ф, Варыпаев A.В., Рожков М.В., Епифанский А.Г., Дрикер И. Определение параметров очагов микросейсмических событий по данным поверхностных сейсмических групп при сильных коррелированных помехах и сложных механизмах источников излучения // Физика Земли. 2014. № 3. С. 28–50. УДК: 550.34.016.

  4. Варыпаев А.В., Санина И.А., Чулков А.Б., Кушнир А.Ф. Применение робастных фазовых алгоритмов для выявления сейсмической эмиссии в районе проведения взрывных работ в шахтах // Сейсмические приборы. 2018. Т. 54. № 2. С. 5–18. https://doi.org/10.21455/si2018.2-2

  5. Anikiev D., Valenta J., Staněk F., Eisner L. Joint location and source mechanism inversion of microseismic events: benchmarking on seismicity induced by hydraulic fracturing // Geophysical J. International. 2014. V. 198. Is. 1, July. P. 249–258.

  6. Bendat S., Piersol G. Random Data: Analysis and Measurement Procedures, 4th Edition. Wiley Press. 2010.

  7. Bording P. SeismicWave Propagation – Modeling and Inversion. Society of Exploration Geophysics, Tulsa, Oklahoma. 1996.

  8. Capon J. High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis. Proceedings of the IEEE 57. 1969. P. 1408–1418.

  9. Cros E., Roux P., Vandemeulebrouck J., Kedar S. Locating hydrothermal acoustic sources at Old Faithful Geyser using Matched Field Processing // Geophys. J. Int. 2017. V. 187(1). P. 385–393.

  10. Droznin D., Shapiro N., Droznina S., Senyukov S., Chebrov V., Gordeev E. Detecting and locating volcanic tremors on the Klyuchevskoy group of volcanoes (Kamchatka) based on correlations of continuous seismic records // Geophys. J. Int. 2015. V. 203. P. 1001–1010.

  11. Duncan P.M., Lakings J.D., Flores R.A. Method for passive seismic emission tomography. US Patent #7,663,970. 2010.

  12. Eisner L., Williams-Stroud S., Hill A., Duncan P., Thornton M. Beyond the dots in the box: Microseismicity-constrained fracture models for reservoir simulation. The Leading Edge 29. 2010. P. 326–333.

  13. Herrmann R.B. Computer programs in seismology: an evolving tool for instruction and research // Seismol. Res. Lett. 2013. V. 84. P. 1081–1088.

  14. Hannan E.J. Multiple Time Series Analysis. John Willey and Sons, Inc., N.Y. 1970.

  15. Jollife I. Principal component analyses. Springer-Verlag. 1986.

  16. Kiselevitch V.L., Nikolaev A.V., Troitskiy P.A., Shubik B.M. Emission tomography: main ideas, results, and prospects. Proceedings of the 61st annual international meeting, SEG, expanded abstracts, 1602. 1991.

  17. Krim Hamid, Viberg Mats. Sensor Array Signal Processing: Two Decades Later. 1995.

  18. Kushnir A.F. Varypaev A.V. Robustness of statistical algorithms for location of microseismic sources based on surface array data. Comp. Geoscience. 2017. https://doi.org/10.1007/s10596-017-9623-6

  19. Kushnir A., Varypaev A., Dricker I., Rozhkov M., Rozhkov N. Passive surface microseismic monitoring as a statistical problem: location of weak microseismic signals in the presence of strongly correlated noise // Geophysical Prospecting. 2014. V. 62(4). P. 819–833.

  20. Lyubushin A. Global seismic noise synchronization and seismic danger. Second European conference on earthquake engineering and seismology, Istanbul, Aug. 2014. P. 25–29.

  21. Malovichko D.A., Lynch R.A. Micro-seismic monitoring of open-pit slopes // Mining Echo. 2006. V. 24(2). P. 21–30.

  22. Maochen Ge. Efficient mine microseismic monitoring // Internat. J. Coal Geol. 2005. V. 64. P. 44–56.

  23. Marple S. Digital Spectral Analysis. Englewood Cliffs. N.J.: Prentice-Hall. 1985.

  24. Peter Stoica, Moses R. Spectral Analysis of Signals. N.J.: Prentice Hall. 2005.

  25. Samson J.C., Olson J.V. Data – adaptive polarization filter for multichannel geophysical data // Geophysics. 1982. V. 46. № 10. P. 1423–1431.

  26. Singh Hema, Jha, Rakesh Mohan. Trends in Adaptive Array Processing. 2012.

  27. Stanek Frantisek, Valenta J., Anikiev Denis, Eisner L. Semblance for Microseismic Event Detection. 2014.

  28. Zhang C., Florêncio D., Ba D.E., Zhang Z. Maximum likelihood sound source localization and beam forming for directional microphone arrays in distributed meetings // IEEE Trans. Multimedia. 2008. V. 10(3). P. 538–548.

Дополнительные материалы отсутствуют.