автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Создание программно-аппаратного полевого комплекса для обработки сейсмологической информации и исследования механизмов очагов землетрясений

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЩЩЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ .УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

На правах рукописи

БОРТНИКОВ Павел Борисович

УДС 641.142.4:550.34

СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНО -АППАРАТНОГО ПОЛЕВОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (вычислительная техника и автоматизация)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск -1990

/ ,>У

Работа выполнена в Институте геологии и геофизики им. си-летия Союза ССР Сибирского отделения Академии наук СССР

Научный руководитель: кандидат фиэико-иатеиатическнх наук Н.Д.Калковсюй

Официальные оппоненты: доктор физико-математических каук Ю.Е.Аниконов,

кандидат физико-матеыатическиг наук В.ИДеглов

Ведущее предприятие: Вычислительный центр Сибирского отделения АН СССР

Защита состоится 1990 года в <6 часов

на заседании Специализированного совета К 063.98.05 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Новосибирском Государственной Университете по адресу: 630090, Новосибирск-90, ул. Пирогова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГ/.

Автореферат

разослан "21" оЛкуеГа. 1990 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета _

кандидат физико-матеыати- "

няллг

ческих наук Ьлсо* Н.Н.Сергеев-Адьйов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ [ктуальность теми. Развитие сейсмологии из описательной

ЯШ

йенш ¡ел вщий

■Дисциплины в сложный комплекс современных методов обнаружения, регистрации и интерпретации сейсмических сигналов требует перехода от традиционной ручной обработки визуальных данных - сейсмограмм, - к анализу цифровой информации на ЭВМ. Актуальность темы исследования связана с необходимостью получения новых, более детальных данных о сейсмических режимах территорий, в которых либо уже существуют сложные технические сооружения, либо планируется их.строительство. Недостаточность автоматизации научных исследований в сейсмологии в значительной степени сказывается на эффективности и стоимости инженерных изысканий. Внедрение количественных подходов в сейсмологическую практику связано с наличием доступных, дешевых, высокоэффективных средств регистрации и методов обработки сейсмической информации.

Созданию технических средств, технологии и обоснованных, устойчивых оперативных методов изучения качественных и количественных характеристик слабых сейсмических источников посвя-•щена эта работа.

Цель работы - создание программно - аппаратного полевого комплекса для обработки сейсмологической информации и исследования механизмов очагов землетрясений. Для этого усовершенствована технология сбора и обработки сейсмологической информации, а также разработаны алгоритмы и комплекс прикладных программ для определения механизмов очагов по малому количеству точек регистрации.

Научная новизна и практическая значимость.

1. На отечественной элементной базе создан аппаратный полевой комплекс для обработки сейсмологической информации. На его основе осуществлен переход на качественно новые методы обработки информации.

2. Предложен метод изучения механизмов очагов землетрясений, основанный на определении тензора сейсмического момента.

3. Разработаны алгоритмы определения динамических характеристик очага землетрясения на основе тензора сейсмического момента.

4. Ссздак комплекс программ, ориентированный на полевой вычислительный комплекс и позволяющий реализовать предлагаемую замкнутую технологию сбора и обработки сейсмологической информации .

5. На основе цифровой обработки сейсмологических данных, полученных с помощью комплекса, построены карты изолиний .амплитуд смещений дневной поверхности в упругих волнах, таблицы времен событий, энергий, тензоров сейсмических моментов и спектров сигналов для событий конкретного региона Алтае - Саянской складчатой области.

Разработанный программно-аппаратный комплекс можно ис -пользовать при исследованиях ( на основе изучения механизма ыикрозеилетрясений ) глубинных тектонических процессов в земной коре и 'верхней мантии, при микросейсмическом районировании территорий строительства крупных промышленных сооружений, при изучении горных ударов в шахтах и рудниках.

Апробация работы. Основные положения данной работы обсуждены на семинарах лаборатории сейсмологии ИГиГ СО АН СССР, отдела условно корректных задач математической физики ВЦ СО АН СССР, ИЗК СО АН СССР, отдела вычислительных методов и математического моделирования НГУ и опубликованы в работах [1,2,3,4], Из работ, выполненных в соавторстве, в диссертационную работу включены результаты, полученные автором. По этим положениям сделаны доклады на научной конференции "ЭВМ и науки о Земле" ( Новосибирск, 16 - 18 апреля 1986 г ] , на Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых (Алушта, октябрь 1986 г) , на сессии сибирской и дальневосточной секции Межведомственного совета по сейсмологии и сейсмостойкому строительству (Иркутск, ал -рель 1988 г) . Произведена опытная эксплуатация полевого вычислительного комплекса в экспедиционных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 80 страниц машинописного текста, содержит 16 иллюстращй и 4 таблипр. Список использованной литературы включает 104 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

падение носит обзорный характер. Сформулированы цели и задачи, решаемые в диссертации, приведена ее структура и крат-

кое содержание.

В первом 'параграфе первой главы коротко описана аппаратура регистрации, так как корректность решения сейсмологических задач зависит от степени достоверности исходной•информации.

При проведении сейсмологических исследований часто используется аппаратура, регистрирующая информацию в аналоговом виде га магнитной ленте. Главным недостатком прямой магнитной запи-;и с высокочастотным подмагничиванием можно считать:

- ограниченный динамический диапазон (35 - 40 Дб] •

- ограниченный снизу частотный диапазон;

- неудобство при обработке информации;

- значительные амплитудные погрешности, связанные с неод-юродностью рабочего поля магнитной ленты и несовершенством инструкции лентопротяжных механизмов.

■реимущества аппаратуры при работе в автономном режиме:

- наиболее плотная упаковка информации на носителе;

- простота, компактность и надежность

ставляют ее в ряду наиболее употребляемых сейсмологами. К та-:ой аппаратуре относится комплекс "Регион".

В параграфе описаны основные технические данные полевого ейсмического регистратора, сейсмических датчиков и службы ремени. В качестве датчиков скоростей смещения грунта, чаще спользуются сейсмоприемники ВЭПИК, СМ - 3, СМ - 3 КВ с со-ротивлениеи рабочей катушки 40 - 1000 Ом. Затухание сейсмо-риемников и = 0,7 обеспечивается сопротивлением, замыкающим энтрольную или рабочую катушку.

Служба времени при сейсмологических исследованиях явля-гся одной из важнейших, от нее зависит качество материала, эзможность сопоставления и обработки одних и тех же событий, шисанных в разных точках, привязка этих событий к единому яровому времени. В качестве отметчика времени в регистраторе, гботающем в автономном режиме в течение нескольких суток, ис-эльзуются кварцевые часы с нестабильностью хода Ю-^.

Во втором параграфе дается описание стандартной аппараты воспроизведения информации с магнитных лент, созданного 1зового обрабатывающего комплекса и рассматриваются вопросы, вязанные с оцифрованием информации.

Для сокращения времени перезаписи и перехода в звуковой

ДИВПЗ.ЗСН ЧЕСТОТ СНО'пОСТЬ ВОСТЮОКЗВбДвНИЯ знящтвлъ—

но превышает скорость ее зашей (скорость лентопротяжного механизма при записи (уг) - 0,5 + 6,0 мм/сек, при воспроизведении Сто) - 45 - 90 мм/сек ] . В результате происходит трансформация частот с коэффициентом К = ТнНъ Эти коэффициенты стабилизируются на каждой станции для постоянства чаа тотных характеристик каналов и держатся относительно близкими по значению. Усиление при воспроизведении можно менять в диапазоне 36 Дб ступенчато через 6 дб. Усиленный с магнитной"Ленты сигнал поступает на гальванометры шлейфового осциллографа (Н 044.2, Н-700). Видимая запись (сейсмограмма) получается на фотобумаге. Б параграфе приведены основные технические данные стандартной аппаратуры воспроизведения.

Для внедрения машинных методов обработки создан комплекс аппаратуры воспроизведения на базе микро-ЭВМ "Электроника-60". Он предназначен для регистрации и обработки сигналов как в трансформированном масштабе времени, при оцифровании информации с лент, так и в реальном времени при непосредственной записи информации с сейсмических датчиков. При использовании комплекса в инженерных исследованиях заложена возможность расширения количества регистрируемых каналов, которая реализуется программно. Созданный блок ввода аналоговой информации совместно с применением диска твердой памяти позволяют на основе процессора М2 считывать данные со скоростью 256 Кбод. Сочетание алфавитно-цифрового, графического мониторов и плотера дает возможность оперативно просматривать информацию, изготавливать твердые копии, диагностировать используемый материал и результаты.

В третьем параграфе приводится методика калибровки сквозного регистрирующего канала станций и обсуждается ряд вопросов, связанных с ее практической реализацией. Критериями при выборе методики являлись - необходимая точность и технологичность.

Поведение регистрирующего тракта в определенных динамическом и частотном диапазонах можно описать линейными уравнениями (где возможно сложение множества решений). В экстре -мальных условиях режим работы системы может стать нелинейным, неустойчивым, вносящим дополнительные искажения, что вынузда-ет к отказу от рассмотрения материала, по своим параметрам

выходящим за рамки диапазона линейности работы системы.

При рассчете частотных характеристик машинными методами удобнее пользоваться короткой записью исходного сигнала, нежели синусоидами различных частот, посылаемыми на калибровочную катушку датчика. Поэтому отдано предпочтение методу эталонных импульсов и их частотному анализу.

Передаточная функция (или комплексная частотная характеристика] аппаратуры 1(<о) есть преобразование Фурье от функции отклика на единичный импульс i(t) . Процесс формирования выходного сигнала отражается сверткой

yCt) = i(t) *x(t).

Единичный импульс является производной единичной функции (ступеньки ) . Спектр эталонного импульса ступеньки вместо соответствующего импульсного смещения получается из соотношения

<?(-fc)*i(t) = U'(t) *i(t).

Гак как Фурье преобразование свертки двух функций j.£;bho произведению частотных спектров этих функций

UCt) - рассматривается как смещение, но для реальных эталонных импульсов, посылаемых на калибровочную катушку,- это сила, влияющая на маятник (пропорциональна ускорению), поэтому для толучения производится домножение на (iu)p . Иначе,

амплитуды спектра выходного сигнала домножаются на u) а фазы смещаются на 3/2 % .

В дискретном виде АЧХ и ФЧХ выглядят.

A(l) = \¡A^(f) + Ag(f ) ; <f (f) = arotg [Ag(f )/AQ(f )} ,

где _

sill 7líit

A (f) = -----------e, 1 )• cosíTf дt(2i-1 )

C flAÍ ^ 1 Í~1

As(f) ° ^fU^-ZWl- C^^ sin^Tf ¿t(2i-1) и C(t) - пзреходная характеристика системы

cet) iCDdf, аппроксимированная кусочно-линейной функцией.

Для получения частотной характеристики аппаратуры производилось определение линейной зависимости отклонения маятника от

напряжения, поданного на калибровочную катушку.

На практике удобнее использовать не одну ступеньку, а накопить peaKiifffl от цуга одинаковых ступенек. Для этого на контрольные катушки сейсмоприемников засылается меандр с периодом Т = 6-Т0 (TQ - период собственных колебаний сёйсыоприешика). При использовании сигнала в виде меандра для снятия частотных характеристик аппаратуры просто рассчитать отношение скоростей запись/воспроизведение по авт о ковариационной функции и определить трансформацию частот.

В первом параграфе второй главы коротко описан метод определения координат гипоцентра источника. В основе всех машинных методов решения задачи поиска гипоцентра очага землетрясения лежит совместное решение уравнений вида

C^-Xj)2 + (Уо-У;))2 + U0-Z})2- V2(trt0)2 = О , 2.1

где индекс о относит параметр к очагу, a j - к станции, v -скорость продольной или поперечной волн.

При отсутствии абсолютного времени в записях станций, решение основывается на разнице времен прихода Р и s - волн на станцию. При этом необходимы знания кинематических характеристик среды или соотношение скоростей Vp/y и знание одной из них в

• S S S я

*t=V7p • = fpr

р s

где s - путь, пройденный волной; V*" - фиктивная скорость. Наибольшего эффекта можно достичь при использовании предварительной информации о среде.

При исследовании близких землетрясений, когда гипоцент-ральные расстояния не превышают 100 км, целесообразнее использовать в расчетах декартову систему координат.

В данной работе для определения параметров гипоцентра и среды применялся метод минимизации функционала - суммы уравнений 2.1. В первоначальном варианте определения гипоцентра оча-га]эемлетрясения использовались времена вступления волн, заданные обработчиком после просмотра информации на графическом дисплее.

Во втором параграфе описан подход к определению динамических характеристик приходящих волн.

О величине высвобождающейся энергии в источнике приходится судить на основании наблюдения эффекта упругих колебаний на поверхности Земли, го^этому большое значение приобретают динамические характеристики смещения "грунта" в приходящих упругих возмущениях.

^ Применение ЭВМ в сейсмологической практике позволяет сочетать традиционные и спектральные методы исследования волновых процессов. Запись,сейсмического события рассматривается как сигнал, прошедший через каскад фильтров. Факторы, воздействующие на сейсмическую волну, разделены на три основные группы:

- ввойства источника, включающие его временную и пространственную функции;

- свойства пути распространения волн;

- свойства приемной аппаратуры.

В спектр сейсмограммы также входит влияние свободной границу, которое учтено делением сигнала на коэффициент конверсии. Влияние контакта аппаратура - среда считается незначительным и передаточная функция этого контакта приравнивается к единице. На основе разграничения влияния различных факторов на исходный сигнал производится выделение полезной информации из записи.

Деление волн на сигнал и помеха - условное и зависит от постановки задачи. Цель - определение исходящего из очага сигнала, поэтому необходимо избавиться от волн, претерпевших значительные искажения в земной коре.

Поляризация является существенным свойством, присущим самой природе волнового процесса и используется в начестве эффективного 1фитерия для улучшения отношения сигнал/помеха и, в конечном счете, выделения сигналов, в значительной степени зависящих от очагового. Существенно, что при этом не требуется специальных систем наблюдения, а достаточно обычной трех-компонентной записи события.

В отдельности для каждой станции решается задача о выделении полезного сигнала на основе изменения его поляризации. Исследование поляризации возможно по записи события, так как при применении фильтрующей аппаратуры искажается только спектр, а характер поляризации остается неизменным. Вычисля-

ются две число::по задатке функции А (Аа), А(0), отра»ающле ¡зависимость амплитуд смещения в волнах. (¡>т азимута и угла выхода. По ним определяются основные сеченифллипсоида поляризации, нормали к которым указывают направление поляризации различных волн. В этих направлениях производится фильтрация.

В третьем параграфе описан переход от смещений в волнах дневной поверхности к смещениям элементарных объемов среды. В используемой модели среды параметры выхода сейсмического луча можно определить из формул

Гагсгё С^-Уо) / (э^-Хо) У-^Уо

Аг1* [аг^ё (у^уо) / (^Чо) + 5Г У±<Уо

где х^.у^а.^, х0,Уо,20 ^ - соответственно координаты станции и очага. Угол превышает действительный угол выхода луча 6 из-за несовершенства используемой модели среды. Для грубой корректировки модели в сторону градиентных сред главная ось эллипсоида поляризации Р волн поворачивается с направления В на 9т. -

А

Фшгьтрация Р-составлаощих сигнала А (§, Аа) производится домножениеы на коэффициент

Рр = |соз(вк-е)| ш |соз(Аг1с-Аг)| а

К = I ..л и степенью а можем регулировать избирательность фильтрующего окна. Для ЗУ и БН -волн окна коэффициентов соответственно выглядят

= |з1п(ек-е)| ш ■ |ооа(Агк-Аи)|ш Р£Н = |в1п(вк-0)|п. |з1п(А2к-Аг)|Е . Поляризация вектора колебания точки пространства при отклике на событие в нем есть ф5Т1Кция времени, отсюда возникает возможность выделения момента вступления э -волны по всплеску амплитуды в заданном направлении и Аи5 которые определяются из записи Р-волн. В связи с тем, что 85 смещен относительно 6 , фильтр, выделяющий Э -волны, менее эффективно подавляет Р (при М = I), поэтому требуется увеличивать показатель М.

Электромеханические системы сейсмических приемников не столь совершенны, чтобы иметь нулевую составляющую сигнала в направлениях ортогональных направлению их установки. Поэтому "идеально чистой" или линейно поляризованной волны на практике не получить, но значительно усилить волны определенной поляризации возможно.

Вследствие наложения падающей и отраженной волны на границе упругого полупространства амплитуды смещения в волнах изменяются. Это изменение можно охарактеризовать коэффициентами конверсии, устанавливающими связь между компонентами смещения в точке регистрации. Свойства сред земной коры таковы, что при сейсмологических исследованиях угол выхода луча не превышает 20'градусов, поэтому коэффициент можно считать близким к постоянному, или свободная поверхность чаще всего не вносит существенных изменений в условия приема колебаний. Для учета искажения амплитуд Р и Б7 волн введен коэффициент 1/А/2", для зн волн - 1/2.

В первом параграфе третьей главы кратко описана история развития теории механизма сейсмического излучателя.

"Механизмом очага" обычно называют пространственную функцию, описывающую геометрическую систему сил, действующих в источнике. При отсутствии выходов очагоз на.дневную поверхность механизмы определяются по полю упругих волн. Качественная характеристика очагоз продолжительное время исследовалась по направленности вступления Р-волн в точках регистрации и но-дальным плоскостям. Метод основывался на предполокешги квадрантного распределения знаков первых вступлений волн сжатия-растяжения от плоскостной модели источника.

С внедрением ЭВ',1 в сейсмологическую практику появилась возможность исследовать механизм на основе анализа максимальных смещений в Р и 3 голнах в точках регистрации. Количественной характеристикой источника служила одна из разновидностей магнитуд или энергетический класс (к = -1вБ

Эквивалентность высвобождающихся сил и дислокаций, которая имеет место в статическом и динамическом случаях, позволила К,Аки.(196б) ввести параметр "сейсмический момент дао-локации, осредненнок поперек разлома" М = ^-зи, где юдуль упругости сдвига, 3 - площадь разрыва, и - среднее

по площади окончательное смещёние по разрыву. К.Аки развил теорию расчета момента по длиннопериодаой части спектра поверхностных волн и связал сейсмические наблюдения о полевыми данными. Размерность сейсмического момента - энергия, та, которую необходимо приложить для подвижки одного крыла разлома относительно другого при напряжении/сил трения равном модулю упругости на сдвиг. Эта характеристика несколько схожа с энергией упругой отдачи среда. Преимущество ее перед магнитудой и классом в ясной сформулированности физической величины. Используя в решениях связи динамики, К.Аки приводит к выводам статическим, где справедлив закон Гука, не учитывающий времени прохождения процесса, но отражающий связь высвобожденных деформаций с силами, создающими эти деформации..

По спектру смещения в дальней зоне сейсмический момент определяется формулой

М =

где Л0- максимальная амплитуда в спектре плотности, приведенная в нулевую частоту; у - плотность среды; И, - расстояние "источник-приемник";

- скорость б волн в среде 11^- функция направленности источника (0,6 - I). Эта характеристика определяется как совокупная энергия и носит только количественный характер.

Обобщение теории сейсмического момента с определением пространственного расположения разрыва и подвижки провел Б.В. Костров (1972) , который ввел понятие тензора сейсмического момента М^ . Шесть пространственных степеней свободы дали возможность рассматривать направленность высвобождаемых очагом напряжений или характеризовать механизм очага. Наибольшее главное значение тензора сейсмического момента равно скалярному моменту.

Эти характеристики источника не учитывают длительность импульса, его наклон, а следовательно, ширину спектра, его затухание в высокочастотной части и частоту, несущую основную энергию. Недостатком их оказалось отсутствие связи со скоростями и ускорениями смещения грунта, неучете возможных разрывов с барьерами, имеющих особо важное значение для изучения

коротко лериодных колебаний, возбуждаемых сильными землетрясениями и являющимися наиболее опасными для человека. Требовался аналог интенсивности.

Если под сейсмическим очагом подразумевать объем горной породы, потерявший устойчивость в процессе самоорганизации релаксацией напряжений, то •начальные стадии развития больших событий подобны малым событиям. В реальном сейсмическом событии число степеней свободы невелико, параметры события эмпирически связаны между собой и меняют свои значения в определенных пределах. Физические основы подобия событий »алых и больших энергий позволили ввести понятие тензора сейсмического момента, зависящего от времени. %;](1;) определяется также по низкочастотной составляющей в спектре сигнала и отражает амплитуду и направленность средней остаточной относительной подвижки берегов разрыва ( в плоской модели) или среднюю по объему подвижку (в объемной модели источника), в определенный промежуток времени. Эта характеристика источника отражает не только пространственно, но и во времени баланс упругого энерговыделения.

Во втором параграфе описано решение задачи определения механизма очага землетрясения, которое строится на основе информации об изменении во времени параметров вектора смещения объемных волн в некоторых фиксированных точках пространства. Дчя упрощения решения задачи определения системы сил в фокусе по волновым процессам используется модель однородной, изотропной, абсолютно упругой среды. Первоначальный выбор простой модели находит оправдание с методологической точки зрения. Опробование нового подхода к обработке экспериментального материала всегда лучше начинать с. упрощенных представлений. Это означает рассмотрение наиболее общих осреднениях характеристик среда и лишь на основе анализа натурных наблюдений с таких позиций можно рассчитывать на получение рекомендаций по дальнейшему усовершенствованию модели. В работе [2] на численных примерах показывается хорошая помехоустойчивость предлагаемого метода. Он, в отличие от предшествующих, использует Риз компоненты вектора смещения в объемных волнах и позволяет в принципе определять тензор сейсмического момента по информации лишь в одной точ-

ке пространства. Очевидно, что наличие такой информации в ряде точек наблюдения будет способствовать повышению точности определения параметров. Коротко покажем ход решения ьадачи.

Пусть вектор смещения и(г^) в точках пространства удовлетворяет уравнению движения

- =11(,,, ■

где ХеЯ , 1:^11. , р - плотность среды, - вектор плот-

ности сторонних эквивалентных сил, С-у - тензор напряжений,

имеющий свясь с вектором смещений иСх.-ь) в виде

+ з-1

где Л иуи - постоянные Ламе, повторение индексов подразумевает суммирование, - символ Кронекера и - 3 ■

1=1 1

Наибольший интерес с точки зрения источника представляют эквивалентные силы, описывающие сдвиговый разрыв, сдвиговые разрушения, трансформационное (свободное от напряжений) изменение объема и т.д..Для них справедливо представление вида

"Эп^Лх.-Ь)

£р (зс,Ю = - -—Е--3.2

где величина (х,-Ь) носит название тензора плотности сейсмического момента. Предположим: тензор симметричен (природные силы действия и противодействия равны) и имеет вид

п а -Млр-^г^-р 3.3

о Ч> )= О Сзс^-зс0} • О (у±-у0) -О (г^г») - объемная дельта -функция .Дирака

I = V + СуГУо)2 +■ Ы±-г0)2

х±, У 2. - координаты точки пространства; хог у0, и о ~ координаты гипоцентральной точки;

" тен30Р сейсмического момента от вида которого зависит тип моделируемого сейсмического источника.

Решение уравнения 3.1 с правой частью 3.2 и 3.3 определяется с помощью функции Грина для свободного пространства. В теории сейсмического очага тензор момента входной сигнал и для

получения векторного смещения в точках пространства на него нужно подействовать тензором третьего ранга. Тогда теорема представления для смещения в х , обусловленного произвольным скачком смещений на площадке Т. имеет вид

Оп(3,*> - Ц »м'^Р.«,-42'

для волн, длина которых позволяет считать 2 как эффективно-точечный источник, вклада различных элементов а. 2 поверхности находятся приблизительно в фазе, тогда всю поверхность можно рассматривать как единую систему пар сил, расположенных в точке и

Запятая между нижними индексами указывает на дифференцирование по пространственным координатам. Свертка в й создает в х поле, зависящее от того, что происходит в 2 только в сдвинутый назад момент времени.

Для объемной силы тензор сейсмического момента выражается

Воспользуемся предложенным в работе [2] методом определения теншра сейсмического момента, каждая компонента которого является произвольной функцией времени. Предположим: источник эффективно-точечный с известными координатами гипоцентра, среда однородная, изотропная, идеально упругая и выполняется условие приближения Фраунгофера 1-2^ Н-Л

~2~

где ъ - характеристический размер источника; К - расстояние до точки наблюдения; А - длина волны. Возбуждение сейсмических волн происходит вследствие деформации разгрузки. Уравнение

и,, ид) = /^с^ (5,х{ ^-и)

можно представить в виде суммы двух слагаемых, описывающих распространение продольных и поперечных сейсмических волн

- 3.5

а - оператор Лапласа, и^С5,иЛ и и^Сх.и) - преобразование Фурье по времени продольных и поперечных компонент упругих волн, С и С^ - скорости распространения этих волн.

в"

А/5-"- с) = {0)) 3-6

''куВ ~ означает преобразование Фурье по времени тензора сейсмического момента. Подставляя 3.6 в 3.5, 3.4, производя дифференцирование по пространственным переменным и разбиение на действительные и мнимые части, приходим к системе двенадцати линейных уравнений с двенадцатью неизвестными

о • Е = и 3.7

Таким образом, разрешимость обратной задачи сводится к раэре-иимооти системы линейных уравнений 3.7. В связи с неустойчивостью решения этой системы используется регуляризующий алгоритм, согласно которому для решения системы -3.7 минимизируется сглаживающий функционал

Х^ (!Л) = //Ш - и//2 + ОС //II//2 где <А - параметр регуляризации. Последнее сводится к решению систеш вида

Б*- Б-Ц - Б*- и -А-Ы а О

где в* - матрица, сопряженная матрице э.

Результат преобразования Ы^Сса) определяет выс-

вобожденную энергию в источнике за. весь предшествующий период развития очага, отнесенную к гипоцентральной точке. Поворотом системы координат тенаор приводится к диагональному виду и представляется в виде шарового тензора, отвечающего за среднее гидростатическое давление в источнике и девиатора, характеризующего только сдвиговые напряжения на некоторой плоатздке

/Р0("Ь) 0 0\ (аг1/3Р0 О О

(•Ь) = О Р^) О + О аг1/,ЗРо°

\0 0 Р0С-ь; \ О 0 а^/З

(р

Р0(-Ь) - характеризует силы гидростатического сжатия - расширения, а второе слагаемое обусловливается наличием сдвиговых разрушений в очаге. Как следует иа анализа задачи на экстремум касательных напряжений, в каждый момент: времени существует площадка с нормалью а = (а1, п2, п^) , компоненты которой определяются собственными векторами и собственными значениями и на которой касательные напряжения, обусловленные приложенными силами, достигают экстремальных значений

^ - --г-2— 6 ^ = -—Н—

Здесь б'щах и б" соответственно касательные и нормальные составляющие сейсмического' момента на площадке с нормалью и . Расчет направлений единичных векторов нормалей площадок разрушений в сферической системе координат 8, Аи , связанной с источником, показывает, что наблюдаются центры их группирования [3].

Описанный подход при учете фильтрации среди на пути очаг-станция эффективно применим для определения механизмов региональных очагов землетрясений. В отличие от осредненных характеристик очага М и М .у , ¡Л^С-О дает возможность рассмотрения динамики энерговыделения источником, и характеризует изменение сейсмического эффекта на поверхности е различных азимутальных направлениях.

В первом параграфе четвертой главы рассмотрены функциональные особенности пакета прикладных программ. Граф обработки исходного сейсмологического материала основан на современных представлениях о естественных источниках упругих колебаний зарегистрированных на незначительном удалении от очага 100 км). Источник упругих колебаний рассматривается в виде точечного, поэтому этим методом можно определять функции направленности излучателей малых энергий, размеры которые меньше длин регистрируемых волн.

Во втором параграфе на осноЕе фактического материала иллюстрируется работоспособность предлагаемой аппаратуры, комплекса программ и методики исследования механизмов сейсмических источников. Где возможно, приводятся результаты обработки в сравнении с полученными' старыми методами.

В заключении приводятся основные резуль^а^ы работы, осно-

ванной на системном подходе • к задаче количественной оценки сейсмичности, которые заключаются в следующем:

1. Создан аппаратно-программный полевой комплекс сбора и обработки цифровой сейсмологической информации от микроземле-тряседай.

2. Разработаны методы определения направленности снимаемых при землетрясении напряжений на основе теории тензора, сейсмического момента.

3. Создан комплекс программ, обеспечивающий замкнутый цикл обраббгки поступающей информации.

4. На основе предложенных алгоритмов и технологии получены новые геолого-геофизические данные о конкретном районе Ал-тае-Саянской складчатой области.

Публикации по теме диссертации.

1. Дергачев A.A., Данциг Л.Г., Бортников П.Б. Сейсмические шумы в районе Новосибирска II Геология и геофизика.- 1984,-Ш I.- С. 77-84.

2. ЕрохинГ.Н., Бортников П.Б. Обратная задача определения тензора сейсмического момента // Геология и геофизика.-

1987.- Я? 4.- С. II5-I23.

3. Ерохин Г.Н., Бортников П.Б. К определен!® тензора сейсмического момента очага землетрясения // Геология и геофизика.-

1988,- W- В.- С. 102-107.

4. Бортников П.Б. Исследование механизма очага землетрясения в процессе его развития // Развитие сейсмологических и геофизических исследований в Сибири и на Дальнем Востоке,- йр -куток.: Изд. СО АН СССР, ИЗК.- 1988.- С. 44.