Аналитическое описание сейсмических сигналов методом фрактального неортогонального амплитудно-частотного анализа

Рыбин А.К., Нигматуллин Р.Р., Непеина К.С., Казначеев П.А., Александров П.Н.


DOI: 10.31431/1816-5524-2019-1-41-15-24

Аннотация

В статье предлагается новый подход к описанию сейсмических сигналов от землетрясений на основе применения метода НАЧАСС (неортогонального амплитудно-частотного анализа сглаженных сигналов, «nonorthogonal amplitude-frequency analysis of the smoothed signals» NAFASS). Рассмотрен пример обработки записи одного из землетрясений, произошедшего на территории Тянь-Шаня, с использованием данной методики. Сигналы от этого землетрясения были зарегистрированы сейсмической станцией Карагай-Булак, входящей в состав цифровой телеметрической сети KNET, расположенной на территории Северного Тянь-Шаня. Статья представляет результаты первого этапа работы по созданию коллекции своеобразных «отпечатков» удароподобных сигналов со сложными биениями от землетрясений, которая позволит получить дополнительную информацию, характеризующую современную геодинамическую обстановку Тянь-Шаня. Подобного анализа сейсмических сигналов от землетрясений, произошедших на территории Тяньшанского региона, до настоящего времени не проводилось. Авторы надеются, что с помощью редуцированной фрактальной модели, лежащей в основе применяемого метода НАЧАСС, удастся избежать громоздких вычислений стандартными методами и непосредственно перейти к количественному описанию землетрясений в терминах общего набора параметров подгонки, создав «волновой портрет» события.

Ключевые слова

удароподобные сигналы; метод НАЧАСС; землетрясение;

Полный текст:

PDF

Литература

Асминг В.Э. Создание программного комплекса для автоматизации детектирования, локации и интерпретации сейсмических событий и его использование для изучения сейсмичности северо-западного региона / Дис. канд. физ.-мат. наук. Москва, 2004. 137 с. [Asming V.E. Creating a software system for automating the detection, location and interpretation of seismic events and its use to study the seismicity of the north-western region / Dis. kand. fiz.-mat. nauk. Moscow, 2004. 137 p. (in Russian)].

Баранов С.В. Построение систем автоматического детектирования и локации сейсмических событий в реальном времени. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Апатиты, 2002. 36 с. [Baranov S.V. Postroyeniye sistem avtomaticheskogo detektirovaniya i lokatsii seysmicheskikh sobytiy v real'nom vremeni. Avtoref. dis. kand. fiz.-mat. nauk. Apatity, 2002. 36 p. (in Russian)].

Березина А.В., Брагин В.Д., Першина Е.В., Рыбин А.К. Сейсмическая база данных по материалам сетей KNET и KRNET // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2013. Т. 13. № 7. С. 84−90 [Berezina A.V., Bragin V.D., Pershina E.V., Rybin A.K. Seismic database on the basis of materials of seismic networks KNET and KRNET // Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo slavyanskogo universiteta. 2013. V. 13. № 7. P. 84−90 (in Russian)].

Зосимов В.В., Лямшев Л.М. Фракталы в волновых процессах // Успехи физических наук. 1995. T. 165. № 4. С. 361−402. https://doi.org/10.3367/UFNr.0165.199504a.0361 [Zosimov V.V., Lyamshev L.M. Fractals in wave processes // Physics-Uspekhi. 1995. V. 38. № 4. P. 347−384. https://doi.org/10.1070/PU1995v038n04ABEH000080].

Конечная Я.В. Особенности природной сейсмичности западного сектора Арктической зоны РФ по данным станций Баренц-региона / Автореф. дис. канд. техн. наук. Архангельск, 2015. 24 с. [Konechnaya Ya.V. Osobennosti prirodnoy seysmichnosti zapadnogo sektora Arkticheskoy zony RF po dannym stantsiy Barents-regiona / Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. Arkhangelsk, 2015. 24 p. (in Russian)].

Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. 832 с. [Korn G.A., Korn T.M. Mathematical handbook: For scientists and engineers, 1968. McGraw-Hill Book Company, New York, USA. 1130 p.].

Короновский А.А., Храмов А.Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматлит, 2003. 176 с. [Koronovskiy A.A., Khramov A.E. Nepreryvnyy veyvletnyy analiz i yego prilozheniya. Moscow: Fizmatlit, 2003. 176 p. (in Russian)].

Левин Б.В., Сасорова Е.В., Борисов С.А., Борисов А.С. Оценка параметров слабых землетрясений и их сигналов // Вулканология и сейсмология. 2010. № 3. С. 60−70 [Levin B.V., Borisov S.A., Borisov A.S., Sasorova E.V. Estimating the parameters of small earthquakes and their signals // Journal of Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. № 3. P. 203−212. https://doi.org/10.1134/S074204631003005X].

Любушин А.А. Анализ данных систем геофизического и экологического мониторинга. М.: Наука, 2007. 228 с. [Lyubushin A.A. Analiz dannykh sistem geofizicheskogo i ekologicheskogo monitoringa. Moscow: Nauka, 2007. 228 p. (in Russian)].

Малла С. Вейвлеты в обработке сигналов. М.: Мир, 2005. 671 c. [Malla S. A Wavelet Tour of Signal Processing. Academic Press, 2nd edition. 1999. 832 p.].

Морозов А.Н. Метод идентификации взрывной сейсмичности на территории Архангельской области // Вестник Камчатской региональной организации «Учебно-научный центр». Серия: Науки о Земле. 2008. № 1. Вып. 11. С. 177−184 [Morozov A.N. Method of identification of explosive seismicity on territories of the Arkhangelsk region // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2008. № 1(11). P. 177−184 (in Russian)].

Морозов Ю.В., Спектор А.А. Классификация объектов на основе анализа спектральных характеристик огибающих сейсмических сигналов // Автометрия. 2017. Т. 53. № 6. С. 49−56. https://doi.org/10.15372/AUT20170606 [Morozov Y.V., Spektor A.A. Object Classification Based on Analysis of Spectral Characteristics of Seismic Signal Envelopes // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2017. V. 53. № 6. P. 576−582. https://doi.org/10.3103/S8756699017060061].

Мухамадеева В.А., Сычева Н.А. О предварительных результатах анализа каталогов землетрясений для территории Бишкекского геодинамического полигона // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2017. Т. 17. № 8. С. 170−177 [Mukhamadeeva V.A., Sycheva N.A. Preliminary results of analysis of the earthquakes catalogs for the territory of Bishkek Geodynamic Proving Ground // Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo slavyanskogo universiteta. 2017. V. 17. № 8. P. 170−177 (in Russian)].

Новиков И.Я., Протасов В.Ю., Скопина М.А. Теория всплесков. М: Физматлит, 2005. 616 с. [Novikov I.Ya., Protasov V.Yu., Skopina M.A. Teoriya vspleskov. Moscow: Fizmatlit, 2005. 616 p. (in Russian)].

Родионов Е.А. О применении вейвлетов к цифровой обработке сигналов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия «Математика. Механика. Информатика». 2016. Т. 16. Вып. 2. С. 217−225. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2016-16-2-217-225 [Rodionov E.A. On Applications of wavelets in Digital Signal Processing // Izvestiya Saratovskogo Universiteta Novaya Seriya − Matematika Mekhanika Informatika. 2016. V. 16. № 2. P. 217−225. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2016-16-2-217-225 (in Russian)].

Рыбин А.К., Баталева Е.А., Леонов М.Г. и др. Современная геодинамическая активность земной коры северного Тянь-Шаня и опасные геологические процессы // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2016. Т. 16. № 5. С. 157−163 [Rybin A.K., Bataleva E.A., Leonov M.G. et al. Modern geodynamic activity of the Northern Tien Shan earth crust and dangerous geological processes // Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo slavyanskogo universiteta. 2016. V. 16. № 5. P. 157−163 (in Russian)].

Федер Е. Фракталы. М.: Мир, 1991. 254 с. [Feder J. Fractals. Springer US. 1988. 284 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-2124-6].

Фролова А.Г, Джанузаков К.Д., Першина Е.В. Сейсмичность территории Кыргызстана // Известия Национальной Академии Наук Кыргызской Республики. 2012. № 3. С. 45−49 [Frolova A.G, Dzhanuzakov K.D., Pershina E.V. Seysmichnost' territorii Kyrgyzstana // Izvestiya Natsional'noy Akademii Nauk Kyrgyzskoy Respubliki. 2012. № 3. P. 45−49 (in Russian)].

Abdrakhmatov K., Havenith H.-B., Delvaux D., Jongmans D., Trefois P. Probabilistic PGA and arias intensity maps of Kyrgyzstan (Central Asia) // Journal of Seismology. 2003. V. 7. Iss. 2. P. 203−220. https://doi.org/10.1023/A:1023559932255.

Geller R.J., Mueller C.S. Four similar earthquakes in central California // Geophysical Research Letters. 1980. V. 7. Iss. 10. P. 821−824. https://doi.org/10.1029/GL007i010p00821.

Nigmatullin R.R., Rakhmatullin R. Detection of quasi-periodic processes in repeated-measurements: new approach for the fitting and clusterization of different data // Communications of Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2014. V. 19. Iss. 12. P. 4080−4093. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2014.04.013.

Nigmatullin R.R., Toboev V.A., Lino P., Maione G. Reduced fractal model for quantitative analysis of averaged micromotions in mesoscale: Characterization of blow-like signals // Chaos, Solitons & Fractals. 2015. V. 76. Iss. 7. P. 166−181. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2015.03.022.

Nigmatullin R.R., Gubaidullin I.A. NAFASS: Fluctuation spectroscopy and the Prony spectrum for description of multi-frequency signals in complex systems // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2018. V. 56. Iss. 3. P. 252−269. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2017.08.009.

Schaff D.P., Beroza G.C. Coseismic and postseismic velocity changes measured by repeating earthquakes // Journal Geophysical Research. 2004. V. 109. Iss. B10. B10302. https://doi:10.1029/2004JB003011.

Yoon C., O’Reilly O., Bergen K., Beroza G. Earthquake detection through computationally efficient similarity search // Science Advances. 2015. V. 1. Iss. 11. e1501057. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501057.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2019 Рыбин А.К., Нигматуллин Р.Р., Непеина К.С., Казначеев П.А., Александров П.Н.

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

683006, Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9,
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН,
редакционная коллегия журнала «Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле»
Тел.: (4152) 202048
Fax: (4152) 297982
Email: vestnik@kscnet.ru
 ISSN PRINT: 1816-5524 
ISSN ONLINE: 1816-5532

© Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
© Редакция журнала «Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле»