Идентификация сейсмических событий на территории Карелии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Зуева Ирина Александровна

• Зуева Ирина Александровна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Зуева Ирина Александровна

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5 Глава 1. Геолого-геофизическая изученность территории Республики

Карелия. Методы идентификации взрывов и землетрясений

1.1 Геолого-геофизическое строение территории Карелии

1.2 Рельеф и геоморфология территории Карелии

1.3 Сейсмологическая изученность территории региона

1.4 Каталоги. Сведения о сейсмичности Карелии в соседних регионах

1.4.1 Единая геофизическая служба РАН

1.4.2 Институт сейсмологии в Хельсинки (Helsinki Institute оf Seismоlоgy)

1.4.3 Методы идентификации взрывов и землетрясений 39 Глава 2. Аппаратурное обеспечение сейсмической сети Карелии

2.1 Создание Карельской сейсмической сети

2.2 Параметры аппаратуры сейсмической станции «PTRZ»

2.3 Параметры аппаратуры сейсмических станций «КОБб», «PITK», «PAAN»

2.4 Оценка микросейсмического шума в местах установки

карельских сейсмических станций

2.5 Переносная станция SEIS 64 Глава 3. Методика обработки сейсмических событий, зарегистрированных на территории Карелии

3.1 Одномерная скоростная модель BARENTS

3.2 Программа ELRESS

3.3 Программный комплекс WSG

3.4 Программа HYP_BUR 75 3.4.1 Определение координат гипоцентра местного землетрясения

03.01.2017 в Лоухском районе

3.5 Программа HypоGlоbаl

3.6 Эффективность системы сейсмологических наблюдений на территории Карелии

3.7 Одномерные скоростные модели BALTIC и KARELIA 96 Глава 4. Идентификация сейсмических событий по данным

Карельской сейсмической сети

4.1 Выделение полезного сигнала на сейсмической записи

4.2 Обработка событий. Метод Засечек. Магнитуда

4.3 Горнодобывающая активность в регионе. Основные особенности промышленных взрывов на территории Карелии.

Зоны взрывной сейсмичности

4.3.1 Горнодобывающая активность в регионе. Основные особенности промышленных взрывов на территории Карелии

4.3.2 Зоны взрывной сейсмичности

4.4 Применение спектрального анализа для идентификации сейсмических событий на записях сейсмической сети Карелии

4.5 Ударно-воздушная волна от промышленных взрывов

4.6 Отношение максимальных амплитуд продольных P- и поперечных S- волн как параметр дискриминации для промышленных взрывов

и землетрясений Карелии

4.7 Обобщенная схема для дискриминации взрывов и землетрясений

4.8 Основные критерии идентификации сейсмических событий, зарегистрированных на территории Карелии

Глава 5. Результаты инструментальных сейсмологических наблюдений

на территории Карелии

5.1 Природная сейсмичность

5.2 Сейсмичность, вызванная производством промышленных взрывов

Заключение Список литературы

150

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Идентификация сейсмических событий на территории Карелии»

Актуальность работы

Распознавание природы сейсмических событий является одним из основных этапов интерпретации данных в каждом сейсмологическом центре, занимающимся мониторингом. Республика Карелия представляет собой платформенную территорию, которая характеризуется слабой сейсмической активностью. В тоже время на территории Карелии проводится большое количество промышленных взрывов. В связи с этим создание методики идентификации событий, вызванных взрывными работами, является актуальной задачей, так как последние часто попадают в каталог местных землетрясений и искажают картину местной сейсмичности. Вопросам определения природы сейсмических событий и методам их идентификации, посвящены работы многих ученых: [Kim et al., 1993; Gitterman et al., 1998; КИаНшт et а1., 1998; Hedlin et al., 2002; Ringdal et al., 2002; Ztou et а1, 2004; Гамбурцева и др., 2004; Дягилев, 2008; Морозов, 2008; Годзиковская, 2010; Асминг и др., 2010; Кишкина и др., 2012; Михайлова и др., 2012; Взрывы и землетрясения..., 2013; Морозов и др, 2013; Cho, 2014; КогМгот et а!, 2016; Ghica et al., 2016; Санина и др., 2020; Kiszely et al., 2021; Добрынина и др., 2022; Saadala et al., 2023].

Территория Карелии, согласно карте сейсмического районирования России, OCP97 [Уломов, Шумилина 1999], относится к зонам вероятной интенсивности 57 баллов для периода повторяемости 5000 лет. Сейсмическая активность приурочена к палеорифту Кандалакша-Двина и Ладожско-Ботнической шовной зоне. Несмотря на относительно низкий уровень сейсмической активности, детальное изучение территории Карелии представляет не только научный интерес, но и имеет практическое значение, заметно возросшее в связи с наличием в регионе крупных промышленных комплексов, газопроводов и гидротехнических сооружений. В 2000 г. сотрудники Института геологии КарНЦ РАН под руководством д.г.-м.н. Шарова Н.В. основали региональную сейсмологическую сеть [Землетрясения и микросейсмичность..., 2007]. На протяжении последних 23

лет проводятся работы по изучению глубинного строения и сейсмического режима территории Карелии.

Значительную долю сейсмических событий в слабоактивной в сейсмическом отношении территории Карелии составляют промышленные взрывы. Плотная сеть карьеров в республике потребляет взрывчатого вещества (ВВ) 50 тыс.т/год [Взрывы и землетрясения..., 2013].

Таким образом, разработка основных критериев идентификации сейсмических событий, произошедших на территории Карелии, является первостепенной научной задачей при обнаружении и изучении землетрясений, а также имеющей существенное значение в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций.

Диссертационная работа посвящена идентификации локальных сейсмических событий, регистрируемых Карельской сейсмической сетью, анализу региональных характеристик сейсмической обстановки, вызванной промышленными взрывами на территории Карелии.

Цель работы заключается в оценке регистрационных возможностей Карельской сейсмической сети и формулировке критериев идентификации природы сейсмических событий, зарегистрированных на территории Карелии. Научные задачи:

• Оценить эффективность Карельской сейсмологической сети.

• Подобрать скоростную модель для определения координат землетрясений на территории Карелии.

• Создать альбом волновых форм записей промышленных взрывов для территории Карелии.

• Разработать методику разделения взрывов и землетрясений, зарегистрированных на территории Карелии.

• Построить карту современной сейсмичности для территории Карелии. Основные положения, выносимые на защиту

1. Оценка эффективности Карельской сейсмологической сети. Необходимость использования различных региональных скоростных моделей для определения гипоцентров сейсмических событий на территории Карелии.

2. Критерии идентификации сейсмических событий, основанные на комплексе обрабатывающих программ, волновом и спектральном анализе сигналов, регистрации воздушной волны, оценке энергетических характеристик и координат очага, альбоме волновых форм промышленных взрывов для разных станций карельской сети, параметре дискриминации.

3. Пространственное расположение зон природной сейсмичности и промышленных взрывов региона. Каталог и карта современной сейсмичности на территории Карелии.

Методы исследований. Для реализации целей работы и решения поставленных задач были применены различные компьютерные методы анализа и обработки сейсмических данных (анализ волновых форм, спектральный анализ, метод засечек, метод Гейгера, минимизация функционала пространственных переменных для определения гипоцентров землетрясений), а также картирование результатов обработки экспериментальных данных.

Для анализа сейсмических событий были использованы данные многолетнего мониторинга сетью цифровых сейсмических станций, установленных в Карелии с 2000 г.

Определение основных параметров и изучение сейсмических сигналов осуществлялось с использованием компьютерных программ, таких как:

программа ELRESS (расчет основных параметров сейсмических событий); программный комплекс WSG (уточнение параметров эпицентров сейсмических событий);

программы HYP_BUR и HypoGlobal (определение координат гипоцентров землетрясений).

Научные результаты работы

1 . Установлено, что при определении координат гипоцентров сейсмических событий в центральной части Карелии необходимо использовать скоростную модель KARELIA, в юго-западной части - BALTIC и на севере региона -BARENTS.

2. Для территории Республики Карелия для Карельской сейсмической сети и трех ближайших станций ФИЦ Единой Геофизической службы РАН рассчитаны минимальные магнитуды и максимальные ошибки в определении координат гипоцентров сейсмических событий.

3. Получены оценки погрешностей в определении положения эпицентров событий по станциям Карельской и Финской сейсмических сетей.

4. Разработана методика дискриминации для распознавания природы сейсмического события, зарегистрированного станциями сейсмической сети Карелии.

5. Сформулированы критерии идентификации сейсмических событий, зарегистрированных на территории Карелии.

6. Для зон взрывной сейсмичности региона для каждой сейсмической станции создан альбом волновых форм промышленных взрывов. На основе совместных работ, проводимых геологами и сейсмологами европейской части России по уточнению параметров гипоцентров сейсмических событий, а также по результатам, полученным сейсмической сетью Карелии в 2017-2020 гг, составлен каталог землетрясений за период с 2000 по 2020 годы и построена карта современной сейсмичности территории Карелии.

7. Для определения гипоцентров далёких землетрясений на языке программирования ФОРТРАН написана программа HypоG1оbа1, реализующая метод Бурмина В.Ю.

Научная новизна работы

Впервые для территории Карелии проведены исследования по оценке эффективности сейсмической сети Карелии, по выбору скоростной модели для определения параметров гипоцентров сейсмических событий, выделению

особенностей промышленных взрывов и землетрясений. Разработана методика дискриминации сейсмических сигналов промышленных взрывов и землетрясений, построена карта сейсмичности Карельского региона.

С 2017 года данные станций карельской сети, регистрирующих сейсмические события на территории республики и в приграничных районах, включены в каталоги ФИЦ Единой Геофизической службы РАН.

Практическая значимость результатов и реализация работы Благодаря измененной методике обработки сейсмических данных, а также новой сейсмической аппаратуре, установленной в четырех районах, Карельская сеть сейсмических станций с 2017 года стала участвовать в едином процессе мониторинга сейсмических событий на территории Карелии, обмениваться данными с региональными сетями Ленинградской, Мурманской, Архангельской областей и ФИЦ Единой Геофизической службой РАН.

Работа выполнена в рамках тем НИР 218 № 1022040500826-4, 213 № АААА-А18-118020290086-1, при финансовой поддержке гранта РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00003, гранта РНФ № 23-27-10002.

Достоверность научных положений, сформулированных в диссертации, подтверждается результатами исследований, полученными при полевых и лабораторных работах.

Апробация. Основные положения доложены на международных конференциях (8), всероссийских (6), а также на (3) молодежных конференциях и школах молодых ученых:

1. V, VI, XI, XII, XIV, XV, XVI, XVII Международные сейсмологические школы (2010, 2011, 2016, 2017, 2019, 2021, 2022, 2023).

2. XXI Научно-практическая Щукинская конференция с международным участием (г. Москва 2018).

3. Всероссийская конференция с международным участием II Юдахинские чтения (2019 г. Архангельск).

4. Ферсмановская научная сессия ГИ КНЦ РАН г. Апатиты (2018, 2019, 2021, 2022).

5. XXVI молодёжная научная школа-конференция, посвящённая памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова. г. Петрозаводск (2015).

6. 69, 71 Всероссийские научные школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых г. Петрозаводск (2017, 2019).

Публикации

Всего соискателем опубликовано 30 печатных работ. Из них 4 статьи в журналах ^оБ, Бсорш), 7 статьей в журналах из перечня, установленного ВАК, раздел в монографии и материалы конференций. Личный вклад

Работы по установке сейсмических станций на территории Карелии выполнялись при активном участии автора диссертации. Автор принимал активное участие в сборе сейсмической информации, обработке сейсмических данных и контроле работы сейсмических станций; проведено большое количество полевых работ с целью изучения взрывной деятельности на крупных карьерах Карелии. Совместно с сотрудниками лаборатории геофизики Института Геологии КарНЦ РАН автор принимает участие в процессе анализа и интерпретации обширного сейсмического материала, работает над составлением ежегодных местных сейсмических каталогов. Структура и объем

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 166 наименований, приложений, изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка и 1 6 таблиц. Благодарности

Автор безгранично благодарен своему научному руководителю д.г-м.н

Николаю Владимировичу Шарову за совместную работу на протяжении многих

лет, важные рекомендации, обсуждению полученных результатов и помощь в написании работы.

Особую признательность автор выражает своему научному руководителю д.ф.-м.н. Бурмину Валерию Юрьевичу за научное руководство, помощь в освоении методов и разработке программ.

Автор искренне благодарит д.т.н. Белашева Бориса Залмановича, к.ф.-м.н. Федоренко Юрия Валентиновича, к.г.н. Шелехову Татьяну Станиславовну, к.ф.-м.н. Асминга Владимира Эрнестовича за ценные советы.

Автор благодарит сотрудников лаборатории геофизики Института геологии КарНЦ РАН, каждый из которых своей выполняемой работой способствовал реализации проведенного исследования, а также Лебедева А.А., Мещерякову А.А., Бакунович Л.И., Герасимову А.А., Морозова А.Н., Конечную Я.В., соавторов нескольких работ по сейсмичности Карелии.

Автор выражает благодарность за полезные замечания в работе к.ф.-м.н. Кишкиной Светлане Борисовне.

Глава 1. Геолого-геофизическая изученность территории Республики Карелия. Методы идентификации взрывов и землетрясений

Республика Карелия расположена на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) равнины, в юго-восточной части крупной геологической структуры — Фенноскандинавского кристаллического щита. Она граничит на севере с Мурманской, на юге с Ленинградской и на юго-востоке с Архангельской областями. На северо-востоке территория республики омывается Белым морем; западной границей ее является государственная граница с Финляндией. Она ограничена областью с координатами 60ос.ш., 30о в.д. - 67ос.ш., 42о в.д.. Площадь составляет 180520 км2.

1.1 Геолого-геофизическое строение территории Карелии

Карелия занимает юго-восточную часть Фенноскандинавского щита. Территория щита охватывает Кольский полуостров, Карелию, Финляндию, Швецию и Норвегию. С востока и юга пределы Фенноскандии определяет граница распространения палеозойских отложений Русской платформы — по Белому морю, вдоль его западных берегов, по южному берегу Онежского озера, через Ладожское озеро, по Финскому заливу и средней части Балтийского моря. На западе и севере граница проходит вдоль Норвежского желоба, по внешней кромке шельфа Северного, Норвежского и Баренцева морей, невдалеке от береговой линии (рисунок 1.1).

В геологическом строении щита в пределах Карелии принимают участие мощные толщи архея и протерозоя. В архее и нижнем протерозое сформировались осадочно-вулканогенные и магматические комплексы, которые в результате неоднократного проявления тектогенеза были глубоко метаморфизованы и сильно дислоцированы. Глубокий метаморфизм сопровождался мигматизацией и гранитизацией, которые наиболее сильно проявились в антиклинальных зонах. В результате проявления докембрийского тектогенеза появились серии ослабленных

зон разного порядка (метаморфическая полосчатость, кристаллизационная сланцеватость и гнейсовидность, зоны дробления и милонитизации, расколы, разломы). Заложились зоны глубинных разломов. Поэтому в конце нижнего и в среднем протерозое проявились качественно новые черты тектонического режима - движение жесткого кристаллического фундамента по разломам. В ходе протерозойского этапа развития в результате смены направления полей напряжения сформировались разнонаправленные структурные элементы. Верхний протерозой знаменуется установлением платформенного режима, отчленением щита в самостоятельную структурную единицу, появлением по периферии крупных сложных грабенов, формированием древней денудационной поверхности, завершением становления трещинно-блоковой структуры кристаллического фундамента [Лукашов, 1978]. Протерозойские отложения более разнообразны по составу - кварциты, кристаллические сланцы, песчаники, мраморы, частично гнейсы, переслаивающиеся с зеленокаменными породами [Панасенко, 1969; Земная кора..., 1978; Слабунов и др., 2006; Светов, 2009; Смолькин, Шарков, 2009].

По геолого-геофизическим данным Карельский регион характеризуется сложным слоисто-блоковым строением древней докембрийской земной коры. Субгоризонтальная расслоенность для карельской части земной коры Фенноскандинавского щита отчетливо фиксируется подошвой земной коры по границе М (Мохоровичича), имеющей скорость около 8,1 км/а Общепризнанным считается и наличие на этой границе плотностного раздела. Средняя плотность в слое литосферы ниже границы М — 3,20 г/см3, а в слое выше границы М — 2,9 г/см3 («базальтовый» слой). С поверхностью «базальтового слоя» связана сейсмическая граница со скоростью 6,4 — 6,9 км/c - граница К (Конрада). На многих сейсмических разрезах выше границы «базальтового» слоя фиксируется еще одна граница раздела со скоростью 5,9 — 6,1 км/с, ниже которой выделяется «диоритовый» слой с плотностью 2,8 — 2,85 г/см3, а выше залегает «гранито-ультраметаморфический» слой с плотностью 2,65 — 2,67 г/см3. В конкретных

геологических структурах сейсморазведкой выделяется также подошва осадочно-вулканогенного слоя со средневзвешенной плотностью 2,80-2,82 г/см3. Мощность земной коры карельской части Фенноскандинавского щита колеблется в пределах 28 — 42 км. В верхней мантии на глубине 150-200 км выделен астеносферный слой [Соколов, 1987].

Геологическое развитие территории Карелии в докембрии происходило дифференцировано. Здесь устанавливаются три области, различающиеся между собой основными чертами геологического строения, возрастом и составом слагающих их комплексов, особенностями проявления тектонических, магматических и метаморфических процессов. Этим районам соответствуют крупные сейсмические, плотностные и магнитные неоднородности литосферы, ярко отражающиеся в соответствующих геофизических полях. По совокупности геологических и геофизических данных указанные области в современном строении земной коры представляют собой коро-мантийные блоки или глыбовые элементы тектоносферы — геоблоки. К представленным геоблокам или трем структурным областям относятся: Карельский кратон — относительно устойчивый в течение всей докембрийской истории крупный участок земной коры, который занимает центральную часть Карелии, с северо-востока к нему примыкает линейный Беломорский складчатый пояс, а с юго-запада обширная Свекофеннская складчатая область. Геоблоки не ограничиваются территорией региона, а протягиваются за ее пределы на север и северо-запад (в Финляндию и частью на Кольский полуостров) и на юго-восток под осадочный чехол Русской плиты (рисунок 1.1) [Соколов, 1987; Землетрясения и микросейсмичность..., 2007; Слабунов, 2008].

Рисунок 1.1 — Упрощенная геологическая карта Фенноскандинавского щита

[Koistionen et al.,2001; Lahtinen, 2012]

Карельский неоархейский кратон в структуре Фенноскандинавского щита составляет ядро и сложен, главным образом, архейскими гранитоидными, зеленокаменными и парагнейсовыми комплексами. Карельский кратон представляет собой геоструктуру, вытянутую на СЗ 325о, общей длиной более 620км, юго-восточное окончание которой перекрыто осадочными породами венд-палеозойского чехла Московской синеклизы. Ширина кратона составляет 220360км и увеличивается постепенно в юго-восточном направлении. Общая

площадь геоструктуры в обнаженной части превышает 175 тысяч км2. Карельский кратон расположен в основном на территории Республики Карелия, а его северо -западный край охватывает часть восточной Финляндии и юго-восточное окончание — часть Архангельской области. Мощность коры в пределах Карельского геоблока варьирует и достигает максимальных значений для региона — 40-42 км [Глубинное строение ..., 2004].

Карельский кратон имеет четко проявленное двухэтажное строение. Нижний структурный этаж (гранит-зеленокаменное основание) состоит из многократно деформированных различных по составу и возрасту архейских гнейсованных тоналитов, гранодиоритов и диоритов, в которые спрессованы в виде прерывистых узких и сжатых полос, шириной обычно менее 10 км и протяженностью до 200 км, зеленокаменные пояса, состоящие из осадочно-вулканогенных пород позднего архея (3.0-2.8 млрд. лет). Часть гранитоидов являются более древними по отношению к этим зеленокаменным породам. Во всех породах нижнего структурного этажа встречаются разновозрастные секущие тела интрузивных и жильных пород протерозойского времени. Верхний структурный этаж (чехол) состоит из метаморфизованных обычно зеленосланцевой фации осадочно-вулканогенных пород раннего протерозоя (2.51.7 млрд. лет), которые залегают на корах выветривания эродированных пород нижнего этажа со структурным несогласием и часто с конгломератами в основании. Чехол сохранился только в глубоких ядрах синклинальных складок, которые по территории распределены неравномерно. В составе стратифицированных образований верхнего этажа выделяются шесть надгоризонтов (снизу вверх): сумийский, сариолийский, ятулийский, людиковийский, калевийский и вепсийский [Соколов, 1987; е1 а1., 2008; Куликов и др., 2017].

Беломорский подвижный пояс располагается с северо-востока от Карельского кратона и сложен преимущественно неоархейскими гранитогнейсами. Располагается между Карельским кратоном и Кольской

провинцией и принципиально отличается от них и от остальной части Фенноскандинавского щита тем, что это сложно и интенсивно складчатая структура полициклического развития, породы которой неоднократно метаморфизованы в условиях высокого (кианитовый тип) давления, как в архее, так и в протерозое. Беломорский подвижный пояс, по всей вероятности, представляет древнейшую коллизионную структуру Европы. После длительной эрозии на поверхность выведены глубокие корневые части некогда существовавших Беломорских горных систем. Пояс потерял свою былую мобильность и стал древнейшим складчатым поясом континента. Это узкая 50-150 км протяженная зона сложноскладчатых амфиболитов, различных гнейсов и мигматитов, которая протягивается вдоль западного, Карельского побережья Белого моря на расстоянии до 500 км и далее на север, северо-запад, юг и юго-восток, за пределы Карелии. В его пределах кора имеет минимальные значения мощности, которая варьирует в пределах 28-34 км [Соколов, 1987; Глубинное строение., 2004].

Беломорский складчатый пояс представлен архейскими осадочно-вулканогенными образованиями, претерпевшими многократную складчатость, метаморфизм и мигматизацию на больших глубинах от условий кианит-мусковитной фации до субфации эклогитоподобных пород, и интрузивными породами различного состава, в основном архейского и протерозойского, на побережье Белого моря и палеозойского возраста. Широкое распространение имеют пегматитовые жилы, в том числе слюдоносные. В пределах всего пояса, за исключением небольшой Ханкусъярвской синклинали, в самой краевой части к северу от Кукасозерской синклинали в зоне сочленения с Карельским кратоном, отсутствуют протерозойские и более молодые осадочные и вулканические породы [Сыстра, 1978, 1991; Володичев, 1990; Глубинное строение..., 2004; Слабунов, 2008].

Свекофеннская складчатая область на территории Республики Карелии представлена только малой своей частью. В пределах региона - в Северном и

Западном Приладожье. Однако именно в данном районе она непосредственно стыкуется с Карельским кратоном. Свекофеннская складчатая область охватывает большую часть Швеции, южную и юго-западную части Финляндии, а также продолжается далеко на юг под венд-палеозойский осадочный чехол. Ладожская зона Свекофеннской складчатой области состоит в основном из пород раннепротерозойского возраста. В приконтактовой зоне она представлена архейскими гранитогнейсами в гранитогнейсовых куполах Северного Приладожья. Породы ладожской серии состоят преимущественно из слюдистых ритмичнослоистых сланцев, песчаников, содержащих графит и сульфиды, различных парагнейсов с прослоями амфиболитов. В Свекофеннской складчатой области повсеместно, за исключением северо-восточного края, встречаются тела интрузивных пород различного размера и различной формы [Глубинное строение..., 2004; Шаров, 2020].

Земная кора в пределах Ладожской зоны имеет меньшую мощность, чем в Карельском кратоне, но большую, чем в Беломорском геоблоке [Соколов, 1987].

1.2 Рельеф и геоморфология территории Карелии

Главные черты рельефа Карелии сложились еще в доледниковый период. На поверхности планеты под непрерывным воздействием внутренних сил создавались и разрушались горы, переносились целые массивы, которые и сформировали равнину, сложенную древними кристаллическими породами — гранитами, кварцитами, гнейсами и сланцами. А особый характер рельефу региона придали вертикальные движения земной коры. Карельский регион пересекли крупные разломы. Они сохранились до сих пор и ориентированы с северо-запада на юго-восток. В трещинах заложились речные долины, на более низких участках образовались озерные котловины ныне существующих водоемов и Белого моря [Геология СССР, 1960]. Окончательное формирование поверхности произошло уже в ледниковый период. Мощнейшие ледники то наступали, то

отступали. Последнее Валдайское оледенение закончилось 12 тысяч лет назад, сформировав современные формы рельефа [Демидов, 1989].

Уникальными по своей истории и происхождению являются сохранившиеся до сегодняшнего дня материальные следы грандиозных геологических катастроф [Куликова и др., 2005; Куликова, 2010; Якубович и др., 2020]. Это, к примеру, самый древний в Европе метеоритный кратер, месторождение малиновых кварцито-песчаников, выходы минерала шунгита, уникальные выходы горных пород на месте древних разломов земной коры, Гирвасский палеовулкан, расположенный в средней Карелии (рисунок 1.2). Вулкан остыл два миллиарда лет назад, а возраст его насчитывается более 2-3 млрд. лет. В настоящее время вулкан Гирвас полностью разрушен природой и временем. Находится он в русле реки Суна в поселке Гирвас. Палеовулканы — это полностью потухшие вулканические образования в виде кальдер с уходящими глубоко в недра земли штоками и трубками, по которым магма когда-то поднималась из недр к поверхности. Структурно вулкан Гирвас является покровным вулканом исландского типа. Древнее жерло вытянулось с севера на восток на 50 метров и имеет форму обширного каньона из застывших потоков магмы. Лавовое поле, образованное выбросами Гирваса, занимает площадь 1000 м2, толщина — более 100 м. В массе лавовых образований помимо столбчатых встречаются и шаровые фрагменты — неразорвавшиеся вулканические бомбы с газовыми пустотами внутри. Диаметр таких структур может достигать 1 метра. Лавовое плато стало результатом извержения 15 лавовых потоков разных периодов.

По подсчетам ученых, за последний миллиард лет Земля столкнулась, по крайней мере, с миллионом небесных тел, оставивших метеоритные кратеры диаметром не менее одного километра. Это так называемые "астроблемы". Самым старым из сохранившихся в Европе 28 кратеров признано озеро Янисъярви. Это след соударения небесного тела массой около 55 миллиардов тон и размером не менее километра в поперечнике, произошедшего примерно 720 - 780 миллионов лет назад. Сегодня этот след астероида представляет из себя водоем, размером 15

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зуева Ирина Александровна, 2024 год

- V

/

' ......i' ........ ' ....... ........ ■

1 Е-2 1 Е-1 1 ЕО 1 Е1 1 Е2

Частота, Гц

Рисунок 2.5 — АЧХ велосиметра CMG-3ESP. Амплитуды нормированы

на максимальную амплитуду

Управление работой рассматриваемой сейсмической станцией производится с компьютера, используется программное обеспечение GeоDАS (GeоSIG Dаtа Acquis^^ System). Регистратор GSR-24 подключается к компьютеру с помощью соединительного кабеля RS232. Данные, записанные станцией, сохраняются на жестком диске компьютера в формате *.gcf. Установлен удаленный доступ к данным и управление режимами станции по коммуникационным каналам и через Интернет.

2.3 Параметры аппаратуры сейсмических станций «К036», «PITK», «РАА№>

Станции «К036», «Р1ТК», «РАА№> оснащены цифровыми широкополосными трехкомпонентными велосиметрами СМО-6ТЭ со встроенным регистратором 24 бита (рисунок 2.6). Основные характеристики велосиметра представлены в Таблица 2. Амплитудно-частотная характеристика велосиметра СМО-6ТБ представлена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.6 — Велосиметр СМО-6ТБ

2000 К 1500 Ш О \ Я И, юоо П) Н >> 8 500 Н

-2-10 1 Частота (Гц)

Рисунок 2.7 — АЧХ велосиметра CMG-6TD

2.4 Оценка микросейсмического шума в местах установки карельских сейсмических станций

Оценка микросейсмического шума в местах установки станций Карельской сейсмической сети PTRZ, PAAN, KOS6, PITK проводилась относительно моделей Петерсона (модели низкого МЬММ и высокого МНЫМ уровня шума), являющихся эталонами для оценки сейсмического шума в окрестностях функционирования сейсмической станции. Данные модели являются результатом статистической

обработки обширного массива данных 75 станций, составляющих глобальную сейсмологическую сеть [Peterson, 1993]. Для расчета спектральной плотности мощности (СПМ) сейсмического шума использована программа, разработанная сотрудниками Кольского филиала Геофизической службы РАН. Данное программное обеспечение реализует следующий алгоритм вычисления СПМ [Федоров, Асминг, 2013]:

1. Выделение часовых фрагментов записей, не содержащих сейсмические события локального, регионального и телесейсмического характера.

2. Разбиение каждого из временных интервалов на фрагменты длиной 8192 отсчета с 75-процентным перекрытием между фрагментами. Длина фрагментов выбирается из соображений необходимого количества отсчетов для быстрого преобразования Фурье (БПФ), т. е. 2n, где n - натуральное число.

3. Удаление из сейсмической записи длиннопериодного тренда.

4. Применение окна Хэмминга для сглаживания негативных эффектов применения БПФ, возникающих на краях интервалов записей.

5. Расчет СПМ для каждого фрагмента записи с последующим усреднением по всем фрагментам. СПМ вычисляется как квадрат амплитуды спектра Фурье, помноженный на нормировочный коэффициент:

СПМК =2 At/N| Yk|2,

где Yk - k-й отсчет спектра Фурье; N - количество исходных отсчетов фрагмента, At - шаг по времени. Нормировочный коэффициент 2At/N необходим для корректного сравнения вычисленной СПМ шума с модельными кривыми NLNM и NHNM.

6. Деление среднего СПМ на частотную характеристику прибора, приведенную к ускорениям.

7. Перевод единиц измерения амплитуды в децибелы для сравнения с модельными кривыми NLNM и NHNM по следующей формуле:

СПМдБ = 101дСПМ

Для расчета кривых использовались сейсмические данные января 2021 года, выбирались 5 часовые дневные/ночные фрагменты. Дневные часы от 14 до 19 часов пятницы 29.01.2021, ночные от 0 до 5 часов воскресенья 31.01.2021. Полученные оценки микросейсмического шума в местах установки карельских сейсмических станций были приведены и в работе [Мещерякова, Герасимова, 2019]. Показано, что все компоненты сейсмических станций РТЯ2, КО36, Р1ТК расположены в пределах модельных кривых Петерсона, за исключением компонент станции «Паанаярви» (рисунок 2.8-2.11).

Рисунок 2.8 - СПМ шума трех компонент сейсмической станции РТЯ^

Рисунок 2.9 — СПМ шума трех компонент сейсмической станции КОБ6

Рисунок 2.10 — СПМ шума трех компонент сейсмической станции РГТК

Рисунок 2.11 — СПМ шума трех компонент сейсмической станции РААК

Оценивая уровень шума в районе Карельских сейсмических станций в течение суток, видно, что шум малоизменчив на станции Р1ТК, как на частотах от 0-1 Гц, так и более 1 Гц (рисунок 2.10). В районе станции РТЯ^ днем уровень шума увеличивается на 1-15 Дб на всех компонентах (рисунок 2.8). В районе станции KOS6 днем уровень шума на частоте от 0-1 Гц увеличивается на 1-5 Дб на горизонтальных компонентах, на вертикальной компоненте до 10-16 Дб. На

частоте от 1 Гц и более уровень шума увеличивается до 5 Дб на горизонтальных компонентах и на 5-10 Дб на вертикальной компоненте (рисунок 2.9). Станция PAAN расположена на территории самого высокого уровня шума. Графики горизонтальных компонент, полученные по данным сейсмической станции PAAN, пересекают модельную кривую NHNM (рисунок 2.11).

Увеличение уровня шума в течение суток в связи с высокой антропогенной нагрузкой днём затрудняет выделение сейсмических событий.

2.5 Переносная станция SEIS

При необходимости организации дополнительных наблюдений применяется переносная станция SEIS, созданная сотрудником Полярного геофизического института КНЦ РАН Федоренко Юрием Валентиновичем [Землетрясения и микросейсмичность..., 2007; Матвеева и др., 2008, Бекетова и др., 2017]. Переносная станция SEIS, созданная на базе геофонов GS-11D, используется в труднопроходимых местностях, для работ в горных выработках, карьерах, в исследованиях сейсмического воздействия взрывов на здания и сооружения [Лебедев, Климовский, 2015]. Помимо сейсмических датчиков, станция состоит из ноутбука, работающего под операционной системой Linux Opensuse 11.1, 22-разрядного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), синхронизатора, GPS приемника (рисунок 2.12) (Зуева и др., 2018).

Рисунок 2.12 — а - переносная станция SEIS; б - амплитудно-частотная характеристика канала SHZ сейсмометра GS-11D

Приведем несколько примеров использования переносной станции. Так, 24.10.2015 SEIS была установлена на территории бывшего Онежского тракторного завода для регистрации события по утилизации/подрыву трубы. Операция производилась вблизи жилых кварталов и новой застройки города Петрозаводска, что требовало максимально тщательного подхода к ее организации. Высота кирпичной трубы составляла 56 метров, толщина стен 1 метр. SEIS располагалась на расстоянии 1300 м от трубы. Масса ВВ составила около 4 кг. Координаты места взрыва 61.783 с.ш., 34.373 в.д. На полученной сейсмической записи был выделен произведенный взрыв и ударная звуковая волна. Воздействие ударной звуковой волны превысило сейсмическое (рисунок 2.13).

1133000 ударн взрыв ^ \ ) \и .11231.00 ая волна

5359.00 ■6764.00

1 1

■E¡ D2 SEISPHE-Í??)] 200.000 samplesís 2015-С«-24 шан и

10471.00 ■11138.00

Рисунок 2.13 — Волновые формы взрыва трубы 24.10.2015 на территории завода г.

Петрозаводск

Неоднократно станцию SEIS использовали для получения точной информации о моменте и технологии взрыва. В таких случаях для установки станции выбирается специальная площадка, расположенная на удалении 0.5-1.5 м от места взрыва. Подобным образом сейсмические наблюдения проводились,

например, 22.11.2016 в карьерах г. Костомукша «Северный-2,3» (масса ВВ 252 тонны, 143 тонны) на удалении 800 м от места взрыва и 24.11.2016 в карьере «Центральный» (масса ВВ 759 тонн) на расстоянии 1200 м (рисунок 2.3 б). Примеры полученных сейсмических записей приведены на рисунке 2.14.

Значения о временах пробега сейсмических волн, полученные в подобных экспериментах станциями Карельской сейсмической сети, а также всеми доступными станциями региона, используются в дальнейшем для расчета скоростей продольных и поперечных волн, а также для идентификации сейсмических событий.

Рисунок 2.14 — а - сейсмическая запись станцией SEIS 22.11.2016; б - сейсмическая запись

станцией SEIS 24.11.2016.

Выводы главы 2

В начале 2000х годов были заложены стационарные сейсмологические пункты наблюдений в разных районах Карелии. На сегодняшний день Карельскую сейсмическую сеть составляют четыре широкополосные станции KOS6, PITK, PAAN, PTRZ установленные в районе г. Костомукша, в Питкярантском, Лоухском и Прионежском районах. Короткопериодная станция KOST не участвует в региональном мониторинге. Она предназначена для

изучения сейсмичности в районе г. Костомукша. Станции сети обеспечивают регистрацию сейсмических событий в широком диапазоне частот от 0.033 до 50Гц. Такие характеристики позволяют регистрировать региональные и местные сейсмические события, а также телесейсмические землетрясения.

Для организации выездных наблюдений (например, при работах по оценке сейсмического воздействия взрывов на здания и сооружения) используется переносная станция SEIS. Во время выездных полевых наблюдений, также, проводятся работы по уточнению характеристик времен пробега продольных и поперечных волн, которые используются в идентификации сейсмических событий.

Глава 3. Методика обработки зарегистрированных на территории Карелии

сейсмических

событий,

Сейсмическая информация со станций поступает на сервер Института геологии КарНЦ РАН через интернет-канал (рисунок 3.1). Полученные данные используются для цифровой обработки, в результате которой оператор получает сейсмограмму и может проводить дальнейшие исследования.

Рисунок 3.1 — Схема передачи данных с сейсмических станций в Институт геологии

Группа сейсмологов Института геологии выполняет следующие основные процедуры:

— конвертация поступивших со станций сейсмических данных из формата GCF в формат CSS;

— просмотр записей и обработка сейсмических событий (выделение P- и S-волн, определение времени в очаге, координат эпицентров сейсмических событий и локальной магнитуды);

— формирование сейсмического каталога местных землетрясений и промышленных взрывов;

— создание карт сейсмичности региона.

Просмотр записей осуществляется для каждой сейсмической станции и формируется промежуточный бюллетень, в котором отражаются все

зарегистрированные события на станциях Карельской сети. Дополнительно проверяется наличие информации о них в других сейсмических каталогах (данные University оf Helsinki).

Определение координат эпицентров сейсмических событий осуществляется методом засечек и с привлечением записей волновых форм соседних сейсмических служб (виртуальной сейсмической сети). Метод виртуальной сейсмической сети широко практикуется во многих регионах и доказывает свою эффективность [Аntаnоvskаyа et а!., 2015]. Для совместной обработки используются данные российских станций соседних регионов (Кольского филиала ФИЦ ЕГС РАН и Пулковской сейсмической сети ФИЦ ЕГС РАН): «Валаам» (VAL), «Выборг» (VYB) и сейсмической группы «Апатитский ARRAY» (APA). Расчет магнитуды проводится только на станциях Карельской сейсмической сети.

Для интерпретации применяется программный комплекс ELRESS, созданный сотрудником Кольского научного центра (КоФ ФИЦ ЕГС РАН) Асмингом В.Э. [Асминг, 1997] и многофункциональный программный пакет WSG, разработанный сотрудниками ФИЦ Единой Геофизической службы РАН Акимовым А.П. и Красиловым С.А. [Красилов и др., 2006]. Программы работают с данными, преобразованными во внутренний формат CSS. Приведение в нужный формат осуществляется с помощью специально разработанного конвертора. Для идентификации местных землетрясений используется программа Бурмина В.Ю. HYP_BUR, которая позволяет рассчитать координаты гипоцентра и время в очаге [Бурмин, 2019]. В обработке сейсмических событий задействован комплекс методов и программ для того, чтобы иметь больше информации о слабых сейсмических событиях, зарегистрированных на территории Карелии.

Обработанные сейсмические данные заносятся в сводный каталог, который содержит в себе информацию о региональных и локальных сейсмических событиях.

3.1 Одномерная скоростная модель BARENTS

Определение основных параметров региональных сейсмических событий Карелии с 2015 года проводится с использованием одномерной скоростной модели BARENTS (Таблица 3). Она представляет собой «гибридную» скоростную модель, которая включает в себя скоростную модель для расчета годографа NORSAR до глубины 55км, на больших глубинах модель NORSAR дополнена моделью AK-135 (или IASPEAI-91) [Асминг, 2004]. При применении наилучшей подобранной скоростной модели уменьшаются погрешности в определении координат гипоцентров. По собственным результатам обработки и по оценкам научных сотрудников Архангельской области, Кольского научного центра установлено, что скоростная модель BARENTS дает достаточно точные параметры эпицентров для Северо-Западных регионов [Морозов и др., 2017]. Карельской сейсмической группой обработано около 2000 региональных событий за 2017-2020 гг. с использованием скоростной модели BARENTS.

На рисунке 3.2 приведен пример локации сейсмического события в Лахденпохском районе. На записи представлен взрыв на карьере «Ильмениоки», который был произведен 25 января 2019 года, время в очаге по результатам карельской сейсмической группы to=11:23:14.8 (UTC). Обработка события происходила по данным трех станций: PITK, VAL, VYB. Магнитуда события равна ML=1.2. На рисунке 3.3 показано расположение эпицентра события по данным КарСС и University оf Helsinki, а в Таблице 4 представлены их численные значения и время в очаге [The Institute оf Seismоlоgy..].

Таблица 3 - Скоростная модель BARENTS для Северо-Западного региона

Глубина слоя (км) Vp (км/c) Vs (км/c)

0 6.2 3.58

16 6.7 3.87

40 8.1 4.6

55 8.23 4.68

290 Как в AK-135

Рисунок 3.2 — Взрыв на карьере «Ильмениоки». Запись получена по данным станций PITK, VАL, VYB 25 января 2019 года (полосовой фильтр 2-20)

Таблица 4 - Время в очаге и координаты эпицентра взрыва на карьере «Ильмениоки» 25 января 2019 года, Лахденпохский район, Карелия

Название сейсмологической службы Время в очаге, Ч:мин:сек Координаты эпицентра Расстояние от места взрыва (карьера) до эпицентра(км)

Широта,° Долгота,°

КарСС 11:23:15.9 61.209 29.576 2

University of Helsinki 11:23:14.5 61.175 29.624 2.5

University of Helsinki

Карельская

сейсмическая

сеть

Карьер

"Ильмениоки"

Рисунок 3.3 — Расположение эпицентра взрыва на карьере «Ильмениоки» по данным КарСС и Финской сейсмической сети

Значения времени в очаге по данным Карельской и Финской сейсмических сетей отличаются на 0.79 сек., координаты эпицентра на 0.050. Грубых ошибок при определении координат события по записям станций Карельской сети с использованием скоростной модели ВАЕЕКТБ не наблюдается.

3.2 Программа ЕЬКЕББ

Для обработки событий регионального масштаба используется программа ЕЬКЕББ (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 — Программный комплекс ЕЬЯЕББ

Программа ЕЬКЕББ выполняет основные процедуры обработки сейсмических сигналов и включает в себя следующие подсистемы [Асминг, 2004]:

— подсистему прямого доступа к кольцевому буферу станций Карельской сети;

— процедуру мультипликации данных;

— подсистему просмотра и обработки данных, включающую в себя: произвольное масштабирование, фильтрацию, спектральный анализ, построение сонограмм, расчет азимутов и скоростей по сейсмическим группам, анализ поляризации по трехкомпонентным станциям;

— подсистему ручной локации (методы засечек, локации относительно опорного события, минимизация невязки времени в очаге, generаПzed beаmfоrming), связанную с картографической подсистемой;

— подсистему автоматического детектирования и локации;

— базу данных, связанную с волновыми формами.

Подсистема ручной локации, которая используется в работе КарСС, объединена с картографической подсистемой. Картографическая подсистема выводит на карту замеренные пользователем времена вступлений сейсмических волн.

3.3 Программный комплекс WSG

WSG представляет собой программный комплекс, включающий основной программный модуль WSG и набор сервисных программ-утилит, работающих под управлением операционной системы Windоws (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 — Программный комплекс WSG

Данный комплекс позволяет проводить обработку сейсмических фаз и определять основные параметры различного рода землетрясений. Программа позволяет выполнить фильтрацию при нечетких вступлениях волн на фоне помех.

Если применение фильтрации не приводит к более уверенному выделению сейсмических волн, можно использовать поляризационный анализ. Анализ сейсмических записей осуществляется с помощью встроенных в WSG математических функций. Определение координат гипоцентров землетрясений в программе WSG проводится по методу Гейгера [Geiger, 1910, 1912] и сводится к минимизации функционала:

n

St = Ц (ti - ~ )2

где t i - теоретические времена пробега сейсмических волн, а ~t - время пробега сейсмической волны, соответствующее наблюденному времени прихода волны на i-ю станцию.

Для интерпретации сейсмических записей в программе WSG предлагается использовать один из вложенных в нее электронных вариантов годографов. Наиболее распространенный это годограф IASP91 и годограф Джеффриса-Булена. В годографы включены региональные и телесейсмические фазы, построенные по обобщенным моделям земной коры.

При идентификации сейсмических событий на записях K^CC часто используются дополнительные возможности WSG, а именно процессор обработки сигналов.

Окно "ПОС" - процессор обработки сигнала, который позволяет применять отдельные математические функции с целью преобразования сигналов для их детального исследования и коррекции, например, спектрального исследования с помощью быстрого преобразования Фурье и сравнительного анализа, как записей сейсмических волн, так и их спектров (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 — Программный комплекс WSG Рабочее окно вкладки « ПОС»

3.4 Программа ИУР_БиЯ

Для идентификации местных землетрясений используется программа ИУР_БиЯ, позволяющая проводить дополнительный анализ сейсмологических данных. Программа написана д.ф.-м.н. Бурминым В.Ю. на основе метода предложенного им же [Бурмин, 2019]. Она позволяет рассчитать координаты гипоцентра и время в очаге землетрясений по временам прихода продольных и поперечных сейсмических волн. Программа используется для разделения событий, имеющих техногенный генезис, от естественных, а также региональных от телесейсмических по глубине сейсмических источников.

Практически все современные методы определения координат гипоцентра сводятся к минимизации функционала невязок теоретических Ъ и наблюденных 7 времен пробега сейсмических волн:

п

$ = 1- 7 )

1=1

Как показано в [Бурмин, 2019], такой подход к определению координат гипоцентра не является оптимальным.

Для функционала St получена следующая оценка:

п п

$= 1 (Ь - 7) * 1Р/ - 4) ^ (н - hf=s,

1=1 1=1

где В, Н и И - эпицентральные расстояния и глубины, соответствующие теоретическим и наблюденным временам пробега сейсмических волн; рг=и{2 и

весовые множители, характеризующие неоднородность среды.

\=1

Из полученного соотношения следует, что малость значения функционала 8; не гарантирует малости значений функционалов невязок в определении глубины гипоцентра землетрясения и эпицентральных расстояний, но малость значения функционала 8 влечет за собой малость значения функционала невязки времен.

Задача определения координат гипоцентров близких землетрясений ставится как задача минимизации функционала:

п

3= X Р, (О - б,у (н - н),

¡= 1

где и Н определяются из решения системы нелинейных уравнений,

(X - Ну - у, )2+(н ?= ^ - д2

Величины И задаются на одномерной сетке Аи в интервале [0, Им], а Им

V dz ...

вычисляется из условия = I —^, где гшт - время пробега сейсмической волны

0 Л2)

до ближайшей от очага сейсмической станции.

3.4.1 Определение координат гипоцентра местного землетрясения 03.01.2017 в Лоухском районе (программа HYP_BUR)

3 января 2017 года карельской сейсмической станцией PААN и Финской сейсмологической сетью было зарегистрировано землетрясение c МЬ=1.8 в 10:40:32 (иТС) в Лоухском районе (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 — Землетрясение в Лоухском районе 3 января 2017 года. Запись станции PAAN (PAN). Программа ELRESS

Программа HYP_BUR позволяет вычислить координаты гипоцентра данного землетрясения по заданной скоростной модели (BARENTS) и по известным временам прихода Р- и S- волн на станции, записавшие событие (Таблица 5).

Таблица 5 - Исходные данные, используемые для нахождения координат гипоцентра

Название станций Координаты станций Время прихода волны на сейсмическую станцию

Широта,0 Долгота, 0 tnp. P-волны (ч:мин:сек) tnp. S-волны (ч:мин:сек)

PAN 65.760 31.07 10:40:39.58 10:40:44.66

KU6 66.025 29.890 10:40:40.36 10:40:46.09

MSF 65.911 29.040 10:40:46.62 10:40:56.92

VRF 67.748 29.609 10:41:01.44 10:41:22.67

RMF 64.217 29.931 10:41:04.19 10:41:28.74

RNF 66.609 26.013 10:41:06.89 10:41:32.06

SGF 67.442 26.526 10:41:09.15 10:41:35.74

TOF 66.077 24.332 10:41:15.09 10:41:47.29

NIF 63.39 27.810 10:41:20.04 10:41:55.57

Таблица 6 - Результаты расчета координат гипоцентра землетрясения 03.01.2017 в Лоухском районе. Программа HYPO

Дата события 03.01.2017

Время в очаге (ч:мин:сек) 10:40:31.6

Широта, о 66.112

Долгота, о 31.121

Глубина, км 4.6

Таблица 7 - Координаты гипоцентра землетрясения 3.01.2017, полученные Финской сейсмологической сетью

Координаты гипоцентра землетрясения

Название геофизической службы Широта, 0 Долгота, 0 Глубина гипоцентра, км

University of Helsinki 66.131 31.001 11.8

Землетрясение, зарегистрированное станцией PAAN произошло в Лоухском районе в земной коре на глубине 4.6 км, а координаты эпицентра: 66.112о с.ш., 31.121° в.д. (Таблица 6). Результаты, полученные Финской сейсмологической сетью, представлены в Таблице 7. Как показывают полученные данные, координаты эпицентра отличаются незначительно. Значение глубины по данным Финской сейсмической сети отличается от полученной глубины, рассчитанной по программе HYPO на 7.2 км. На результат влияет используемая методика, скоростная модель и количество станций, задействованных в расчетах.

По результатам сейсмических наблюдений последних двух десятилетий землетрясения в Карелии происходят в земной коре на глубине 0-35 км (Приложение 4).

3.5 Программа Иуро01оЬа1

Для поиска гипоцентров удаленных землетрясений решаем задачу минимизации функционала:

п

Э= £ А (й, - б; Ц+(И - ЬЬ п(То -т о ) , (1)

п

где п =17 Ш, X , Ш- весовые множители, характеризующие неоднородность

1=1

среды. В,, Н, Т0 определяются из решения системы уравнений [Бурмин, 2019; Закатов, 1964]:

(Хо XI +Уо у +Zо Ъ ) Я Я - То Г,*2/ Я Я= 008(6 / Я )- То т ^/(Яо Я), (2)

где Х0, У0, т0 - координаты гипоцентра в декартовой системе координат и время возникновения землетрясения (время в очаге). х, у¡, 2, т - координаты регистрирующих станций и времена прихода сейсмических волн на эти станции (¿=1,п). V, - эффективные скорости распространения сейсмических волн, численно равные отношению расстояния по прямой от 1-й станции до гипоцентра к времени пробега сейсмической волны по лучу. Величину Я0=ЯЗ-И, определяем через глубину гипоцентра И, отсчитываемую от поверхности Земли, и величину радиуса Земли ЯЗ. Я - радиус вектор 1-ой сейсмической станции [Бурмин, 2019].

Для определения координат гипоцентров удаленных землетрясений на основе методики и предложенного алгоритма [Бурмин, 2019] автором диссертации была составлена блок-схема и написана программа Иуро01оЬаЬ на языке Фортран.

На множествах возможных глубин / и моментов возникновения землетрясений 3' ищем значения И е / и т0 е 3', обеспечивающие минимум функционала 8 (1) при условии, что величины Х0, У0, 20 и Т0 определяются из решения системы уравнений (2). Задачу решаем перебором, выбирая значения И и т0 из области определения. Результатами считаются значения, соответствующие минимуму функционала Схема алгоритма представлена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 — Блок-схема алгоритма определения гипоцентра и времени в очаге

удаленного землетрясения

Алгоритм включает следующие этапы: 1. Вычисление времен пробега сейсмических волн до станций по известным (наблюденным) временам прихода т и выбранному времени в очаге го:

= т* " т о

2. Определение угловых эпицентральных расстояний щ = ёг. /Я по уравнению годографа рефрагированной волны для сферической Земли, заданному в параметрическом виде, и зависящему от выбранного значения И, эффективных скоростей распространения сейсмических волн, лучевого параметра а, равного обратному значению скорости сейсмической волны в точке максимального проникновения луча.

щ = а

Я3 Я3 - И

I+к I

я3 -И

ёг

72 2 г

- а; г

и =

Я3 Я3 - И

I ■* I

я3—И

4[гМг)]2

(3)

[г/у(г)]2 ёг

^[г/у(г)]2 - а 2 г

Формулы (3) определяются из функционала Ферма, с применением уравнения Эйлера и функции Гамильтона. к=0 для лучей, выходящих вверх из источника; к=2 - для лучей, выходящих вниз из источника; Яа - расстояние от центра Земли до точки максимального проникновения луча. Лучевой параметр а находим по временам пробега

3. Решение системы (2) (определение координат гипоцентра Х0,У0^0 и времени в очаге Т0, эпицентрального расстояния и глубины Н).

4. Расчет функционала S (1) по наблюденным и теоретическим значениям эпицентральных расстояний, глубин и времени в очаге.

5. Определение минимального значения Если текущее 5 меньше минимального Б, то минимальному значению 5 присваивается текущее значение.

6. Широта, долгота, глубина гипоцентра и время в очаге, соответствующие минимальному значению функционала выводятся как решение задачи.

1

Я

а

В качестве примера работы программы Иуро01оЬа1 рассмотрим определение координат гипоцентра удаленного землетрясения на примере

события 23 апреля 2017 года, зарегистрированного станциями Карельской сейсмической сети.

Землетрясение 23 апреля 2017 г. Для нахождения координат гипоцентра сейсмического события 23 апреля 2017 года были использованы координаты мировых сейсмических станций и времена прихода продольных Р-волн, данные Карельской сейсмической сети, скоростная модель Земли, построенная по геолого-геофизическим данным [Бурмин, 2004], а также известное значение времени в очаге [Служба срочных донесений...] (Таблица 8).

Таблица 8 - Результаты. Вычисленные координаты гипоцентра события 23.04.2017

Название программы Координаты гипоцентра

Широта, град. Долгота, Град. Глубина гипоцентра, км

HypоGlоbаl 46.057 142.5534 34

WSG (ЕГС РАН) 46.07 142.08 10

По результатам программы Иуро01оЬа1 глубина гипоцентра равна 34 км, WSG - 10 км. Это событие представляет собой землетрясение, произошедшее в земной коре. Координаты эпицентра, вычисленные с помощью программы HypоG1оbа1 и WSG (Таблица 8), указывают на то, что землетрясение произошло на Сахалине. По данным ЕГС РАН магнитуда события равна 5.3.

3.6 Эффективность системы сейсмологических наблюдений на территории Карелии

Для оценки качества полученных результатов важной является оценка эффективности сейсмической сети, развернутой в Карелии. Под эффективностью сейсмологической сети, прежде всего, понимаются минимальные магнитуды или

энергетические классы землетрясений, которые регистрируются сейсмическими станциями сети, а также точность определения координат гипоцентров землетрясений.

Увеличение чувствительности сейсмических станций еще не означает, что система наблюдений, оснащенная такими станциями, будет эффективной. Оптимальное расположение сети позволяет проводить достаточно надежное определение основных параметров гипоцентров землетрясений при минимальном количестве регистрирующих станций. Эффективность сети наблюдений зависит не только от числа станций и взаимного расположения станций между собой и всей сети относительно гипоцентра, но и от силы землетрясения. Если магнитуда землетрясения мала, то удаленные сейсмические станции или станции с малым увеличением не зарегистрируют его. В результате параметры гипоцентра будут определяться по данным не всей сети станций, а лишь ее части [Бурмин и др., 2009]. В местах сгущения сейсмических станций региональные сейсмические сети способны регистрировать землетрясения с магнитудами 1 [Бурмин и др., 2021].

Ниже получены результаты расчета минимальных магнитуд и максимальных погрешностей в определении координат землетрясений (взрывов) по методике [Бурмин, 2019]. Расчеты производились в программах MinMag и ErroFild, созданных Бурминым В.Ю, а для графического изображения результатов использовалась программа Surfer. При этом предполагалось, что погрешности в задании времен прихода сейсмических волн составляет 0.1 с, а погрешность в задании скорости распространения сейсмических волн - 0.1 км/с.

Под магнитудой m подразумевается магнитуда mb, определяемая по объёмным сейсмическим волнам. Для определения mmin предлагается формула

mmin=lg(Y£^/VT)+G (A,h,s, (T,w))- 6m, (1)

в которой о{\ h, s(t, ю)) - калибровочная функция, зависящая от эпицентрального

расстояния, глубины очага h, частотной характеристики прибора s(T, ю) , где ю -

круговая частота; у - параметр, равный минимально возможному отношению

амплитуды полезного сигнала к уровню помех, достаточному для его выделения

(на практике принято полагать у «1.5); аи - амплитуда помех на сейсмограмме, мм; Т - соответствующий этой амплитуде период колебаний; V - увеличение прибора в тысячах (обычно на аналоговых сейсмических станциях путём огрубления увеличение подбирается таким образом, чтобы аи было порядка 1 мм); 5т - величина, характеризующая систематическое отклонение в оценке магнитуды для данной станции. Здесь мы принимаем поправку равную нулю.

При цифровой регистрации понятие «увеличение прибора» отсутствует. Для электродинамических сейсмоприемников в этом случае смещение почвы (в метрах) в области максимума амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) определяется по формуле

д= иАЦПаАЦП 2ФтахБК '

где аАЦП - значение сигнала в отчетах на выходе аналого-цифрового преобразователя (АЦП); aтах - диапазон АЦП в отсчетах (определяется разрядностью АЦП); f - частота сигнала, Гц; £ - коэффициент электромеханической связи (КЭМС), В-с/м; К - коэффициент усиления канала регистрации; иАцП - рабочий диапазон АЦП, В.

Минимальная магнитуда, при которой землетрясение будет зарегистрировано необходимым числом сейсмических станций, определяется кривой минимальных магнитуд, которая может быть построена на основе амплитудной номограммы. Номограммы для определения минимальных магнитуд приведены в Инструкции о порядке производства и обработки наблюдений на сейсмических станциях ЕССН СССР [Инструкция ..., 1981]. В ней представлены номограммы для разных типов аппаратуры и для различных регионов СНГ.

На рисунке 3.9 представлена кривая (зависимость значений минимальной магнитуды от расстояний) для определения минимальных значений магнитуды землетрясений, зарегистрированных в Карелии. Подставив в формулу (2) соответствующие значения: иАЦП=12 В; атах =224=16777216; п=3.14; 1=1 Гц;

S*K=2000 В*с/м; и аАцП =500, получили Л=0.03ц. Амплитуда колебания почвы аАцП определена по сейсмограмме станции KOS6 с фильтрацией ночного шума (0.5-5 Гц).

Рисунок 3.9 — Номограмма (а) и кривая минимальных магнитуд (б) для землетрясений Карелии, зарегистрированных региональной сейсмической сетью

При определении распределения минимальных магнитуд землетрясений в рассматриваемой области предполагается, что землетрясение, произошедшее в произвольной точке этой области, регистрируется, по крайней мере, тремя сейсмическими станциями. Поэтому, при расчете минимальных магнитуд землетрясений по формуле для mmin, на кривой минимальных магнитуд берется точка соответствующая максимально удаленной станции из трех ближайших станций. Перебирая все точки на сетке, которая покрывает рассматриваемую область, с заданным шагом получим распределение минимальных магнитуд землетрясений для этой области.

На рисунке 3.10 в цилиндрической проекции показано распределение значений минимальной магнитуды для сейсмических станций Карелии и трех ближайших станций ФИЦ ЕГС РАН (VAL, VYB, APA). События, которые регистрирует сейсмологическая сеть Карелии - залитые треугольники и сейсмические станции Кольского научного центра (APA), Пулковской сейсмической сети (VAL,VYB) - пустые треугольники. Видно, что сеть

регистрируют землетрясения с минимальной магнитудой 1.8 в тех областях, где плотность сейсмических станций повышается. На периферии сети и в областях, где плотность станций невелика, сеть регистрируют события магнитудой 3.4.

Рисунок 3.10 — Распределение минимальных магнитуд землетрясений, которые регистрирует

сейсмологическая сеть Карелии.

Оценки погрешностей в определении координат землетрясений

Основные положения этого подхода представлены в [Бурмин, 2019]. Если точки наблюдений расположены на дневной поверхности на расстоянии до 2000 км от очага землетрясения, то можем пренебречь кривизной поверхности Земли и использовать следующую систему уравнений, связывающую координаты гипоцентра землетрясения и координаты регистрирующих сейсмических станций:

(Х- х,)2+( У- у,)2+ Н2= т - т 0)

(1)

где X, У, Н и т0 - координаты гипоцентра и время возникновения землетрясения (время в очаге); Х{, у-ъ ъ - координаты сейсмических станций, зарегистрировавших землетрясение, и времена прихода сейсмических волн на эти станции (/= ТТй ); -эффективные скорости распространения сейсмических волн, численно равные

2

отношению расстояния по прямой от i-й станций до гипоцентра к времени пробега сейсмической волны по лучу.

Если неизвестными являются X, Y, H и г0, то, вводя переменную

П = X2+Y2+ H2- v2T 0 и положив v= v= const , приходим к системе

Xx + Yy+т 0vzr - 0,5п = f,, (2)

где i = 1,2,...; n > 4; f,= 0,5(x2+ y2- v2t 2) .

Запишем систему линейных уравнений, связывающих координаты гипоцентра землетрясения, скорость распространения сейсмических волн и время в очаге в матричном виде

Kp= f , (3)

где K = {kj} - матрица системы, представляющая математическую модель изучаемой зависимости; pT = {p } - вектор-столбец искомых параметров; fT = {f ,■} -вектор - столбец наблюдаемых величин; i= 1,2,...,n; j = 1,2,...,m; n > m.

Решение уравнения (3) находится методом наименьших квадратов и дается формулой

P= K+f ,

где К+ -обобщенная обратная матрица, равная КП=(КТК)~1 Кт.

Глубина H гипоцентра землетрясения не определяется непосредственно решением систем (2), но может быть определена из соотношения:

h2= п - x2- v2T 2, (4)

Пусть вектор свободных членов f и матрица K системы уравнений (2) заданы с погрешностями Afe0 и AK^0. В этом случае для погрешности вектора p имеем уравнение [Бурмин, 2019]

88

А р= А У -А Кр

Решение этого уравнения будет определяться методом наименьших квадратов

А р= К+ (А У -А Кр)

Для погрешностей отдельных компонент Ар,- вектора р получаем следующие соотношения:

А р] = к+ (А У -А Кр), = 1,2,..., т, (5)

где к(+> - вектор-строка матрицы.

Используя неравенство Коши - Буняковского для мажорантной оценки погрешности Ар^ получим соотношение:

А| ру| = | к+ (А У -А Кр )|<11 И ПА У -А Кр\\ , (6)

где || • || - евклидова норма.

Для погрешности вектора Ар имеем оценку сверху (мажорантною оценку)

И А р\\<\\ К+И И А У -А Кр\\ (7)

Обратимся теперь непосредственно к системе линейных уравнений (2). Предположим, что ошибки в определении координат станций пренебрежимо малы, а времена прихода сейсмических волн определяются с точностью |г<5| = р|Аг|, А ^ 0. Весовые множители р выбираются в соответствии с величиной и характером величин | |.

Помимо случайных ошибок в определении времен прихода сейсмических волн на станции, величины |т$| и, следовательно, р могут отражать отклонение наблюденных времен пробега сейсмических волн, распространяющихся в реальной неоднородной трехмерной среде от времен пробега волн, в среде с

принятым в интерпретации законом изменения скорости. Таким образом, весовые множители p отражают как неравноточность измерений на станциях, так и систематические отклонения в определении п, связанные с неоднородностью реальных сред.

Рассмотрим систему линейных уравнений (2). В этом случае неизвестно время в очаге, но известны величины vi и имеют место оценки (6), так как из (2) и (7) следует AK ф 0, Af ф 0. И, следовательно,

( A f -A Kp ),-= - у?т,т ö - [00 V, т öi 0]( XYт 0 h)T = - vf т т öi + ^т ö, t = - у?(т - т „) т ö=

= v i Ri0т i,

i= 1

| A p\ I i R i v i Pill Ат |

n

Для нормы вектора ошибки Ap справедлива оценка

П 1/2 ~

IIA pli IА р,\2} <ll К+\\\\ Rv p HI Ат \ , (8)

где Il RvpH = {£ I RiviPi\2}1/2 . i= 1

В том случае, когда распределение скоростей в упругой среде задано с погрешностями Sv, оценка (8) становится неверной. Действительно, в этом случае по заданным временам пробега сейсмических волн неправильно определяются гипоцентральные расстояния R = Ri+ö R и, следовательно, эффективные скорости К = vi+ö vi = R / ti .

Запишем погрешности в определении вектора f и матрицы K. Произведя соответствующие преобразования, получим

A fi = - v-, (т 2+т2) ö v- v2 т i т öi ( A Kp ) i = - 2 у,т Л - v2т 0 т öi .

В результате можем записать

( A f - A Kp) = - (т - т 0)2 v, ö v- (т - т 0) ^т ö = - r2- Rv-t т ö, •

Нетрудно убедиться в том, что набег времени за счет ошибки в задании эффективной скорости V; равен:

б V:

бт Vя Я-т

' V;

Учитывая последнее соотношение, окончательно можно записать

(А У -А Кр )'= - (т б +т б „)

В результате получаем соотношение

А| ру|<\\ К+ \\ \\ Ы(бт {+бт v)\\

и, соответственно,

\\Ар\\<\\Ки\\\\К/(5т (+5т у)\\ .

Сделаем оценку вклада ошибки ^ в общую погрешность. Примем V « 6,0

км/с, ^ « 0,1 км/с, « 1,0 с. Тогда ошибки и становятся сравнимы при

бт, ,

гипоцентральных расстояниях V ~ 360 км

На рисунках 3.11-3.13 представлены распределения максимальных ошибок в определении широты, долготы и глубины для системы сейсмических станций Карелии.

Рисунок 3.11 — Распределение максимальных ошибок (в км) в определении широты землетрясений, регистрируемых Карельской сейсмологической сетью

Рисунок 3.12 — Распределение максимальных ошибок (в км) в определении долготы землетрясений, регистрируемых Карельской сейсмологической сетью

Рисунок 3.13 — Распределение максимальных ошибок (в км) в определении глубин землетрясений, регистрируемых Карельской сейсмологической сетью

Как следует из рисунков 3.11-3.13, значения максимальных ошибок в определении координат эпицентров землетрясений в центре сети 1.5 км по широте 5ф и 2 км по долготе 8Х, а на периферии сети — 6, 11 км соответственно. Значения максимальных ошибок в определении глубин очагов землетрясения Н (км) не превышают 5 км в окрестностях станций и 20 км на всей территории Карелии.

Погрешность в определении эпицентров сейсмических событий на территории Карелии Карельской и Финской сейсмическими сетями

Пример определения эпицентров взрывных сейсмических событий

В качестве примера рассмотрим анализ сейсмических сигналов, зарегистрированных в результате проведения промышленных взрывов на карьере «Чевжавара» (рисунок 3.14). Карьер располагается на юге Карелии в Пряжинском районе. Здесь осуществляется производство щебня из габбро-диабаза.

: у1! \ ч

О ртгс

- д

•Петрозаводск

* ЛЬ.

X ' * >' ч • л'.

• Пряжа Онежское озеро

48 км

Рисунок 3.14 — Эпицентры взрывов, произведенных на карьере «Чевжавара». 1 - карьер «Чевжавара»; 2 - эпицентры взрывов, полученные КарСС, 3 - эпицентры взрывов, полученные

финской сетью

Среднее значение расстояний определяется как:

-

х=— У X

П 1=Г ''

где Х( - расстояние от места взрыва до /-го эпицентра; п - число зарегистрированных событий сейсмической сетью.

Станциями сейсмической сети Карелии (РТЯ^) за период с 2018-2020 гг зарегистрировано 40 взрывов с магнитудами от 1.1-2.1 в Пряжинском районе (рисунок 3.15). В Таблице 9 приведены события, которые записаны совместно с Финской сейсмической сетью (ИБЬБ).

Рисунок 3.15 — Распределение взрывов, произведенных в Пряжинском районе, по магнитуде и дням недели (2018-2020)

Таблица 9. Средние значения расстояний от места взрыва до эпицентров при регистрации промышленных взрывов в карьере «Чевжавара»

Дата события (время в очаге) ML (PTRZ) PTRZ(км) HELS(км)

25.04.2018 (13:24:44.6) 1.4 13 23

17.11.2018 (13:48:15.7) 1.6 18 9

24.11.2018 (10:07:26) 1.6 10 2.5

16.03.2019 (07:05:52.7) 1.8 9 15

06.04.2019 (07:05:52.7) 1.6 16 7

08.10.2019 (15:33:50.9) 1.7 6 10

16.10.2019 (11:59:5.8) 2.1 4 3

07.12.2019 (06:57:41.4) 1.7 10 11

30.11.2020 (07:23:54.6) 1.9 3 3.5

24.12.2020 (06:54:35.3) 2.1 2 11

Среднее значение X 9.1 9.5

Станциями Финской сейсмической сети зарегистрировано 10 событий за период с 2018-2020 гг, что объясняется малыми магнитудами значительного числа взрывов и расположением сейсмических станций относительно карьера. Погрешность при определении эпицентров промышленных взрывов на карьере «Чевжавара» составляет по данным сейсмической сети Карелии - 9.1 км, финской сети - 9.5 км.

В Таблице 10 показаны средние значения расстояний от места взрыва до эпицентров, полученных сейсмическими сетями Карелии и Финляндии при регистрации промышленных взрывов в карьерах г. Костомукша. Для нахождения погрешностей в определении координат эпицентров событий использовались данные 2020 г. (январь-февраль). Среднее значение, полученное по данным сейсмической сети Карелии равно 1.7 км, Финляндии - 2.2 км. Станциями Карельской сейсмической сети в районе г. Костомукша за два месяца было зарегистрировано 19 событий, финской сейсмической службой 16 событий.

Таблица 1 0 - Средние значения расстояний от места взрыва до эпицентров при регистрации промышленных взрывов в карьерах г. Костомукша

Дата события и время в очаге ML (PTRZ) PTRZ(км) HELS(км)

9.01.2020 (10:48:35.1) 2.3 1.5 1

10.01.2020 (10:01:1.7) 1.7 1.7 2

16.01.2020 (10:0035.4) 2 0 0

17.01.2020 (10:00:35.3) 1.7 0.5 6

17.01.2020 (10:04:43.3) 2.1 3 1.6

23.01.2020 (10:00:52.3) 1.5 2 6

28.01.2020 (09:59:53) 1.9 1.7 2

30.01.2020 (10:02:5.5) 1.9 0 0

6.02.2020 (10:41:53.7) 1.7 1 3

6.02.2020 (11:45:18.4) 1.3 2.5 5.5

7.02.2020 (09:59:48.3) 1.4 2.5 4

12.02.2020 (09:59:55.9) 1.9 0 0

20.02.2020 (10:43:28.8) 1.7 0.5 2.5

21.02.2020 (09:59:45.5) 1.4 6 0

27.02.2020 (10:16:27.9) 1.8 1 0

28.02.2020 (10:15:54.9) 2.5 1.6 1.3

Среднее значение X (км) 1.7 2.2

В результате проведенной оценки значений погрешностей в определении координат эпицентров сейсмических событий видно, что для южных районов (на примере карьера «Чевжавара») погрешность по экспериментальным данным равна 9.1 км и рассчитанных теоретически 3 км. Такая разница в погрешностях говорит о том, что реальные ошибки в определении времён прихода сейсмических волн и в задании скоростной колонки больше, чем эти же значения при расчёте теоретических погрешностей. На северо-западе региона для оценки погрешностей в определении эпицентров событий выбраны карьеры г. Костомукши, которые граничат с территорией Финляндии. Погрешность в определении эпицентров сейсмических событий в районе г. Костомукша по экспериментальным данным

Карельской сейсмической сети составляет 1.7 км. Погрешность, вычисленная теоретически, имеет значение 2.5 км по широте и 8 км по долготе. На разницу в погрешностях оказывает влияние и расположение станций относительно очагов событий.

Расчеты показали, что Карельская сейсмическая сеть в среднем позволяет получать координаты эпицентров на территории Карелии с погрешностями менее 10 км.

3.7 Скоростные модели BALTIC и KARELIA

Ранее было установлено, что при определении эпицентров землетрясений, зарегистрированных на территории Карелии с использованием скоростной модели BARENTS, возникает погрешность до 9 км, поэтому было проверено несколько скоростных моделей (Таблица 11). Представлены одномерная скоростная модель по профилю Baltic длиной 430км, который проходит на юго-востоке Финляндии [Kolehmainen, et.al, 2022; Luisto, et.al, 1990], а также скоростная модель, полученная на основе работ [Литвиненко и др., 1981; Литвиненко и др., 1982]. Они были дополнены скоростной моделью АК-135 на глубинах более 50км. Скоростная модель территории Карелии названа «KARELIA».

Таблица 11 - Одномерные скоростные модели BALTIC и KARELIA

Глубина границы (км) Vp (км/c) Vs (км/c) Глубина границы (км) Vp (км/c) Vs (км/c)

B A 0 6.2 3.58 K A 0 6.0 3.52

10 6.3 3.64 5 6.2 3.64

L T I 20 6.6 3.81 R E L 10 6.4 3.76

33 7.0 4.05 20 6.6 3.88

C 43 8.1 4.68 I A 30 6.8 4

54 8.2 4.74 40 8.0 4.71

54-640 АК-135 50 8.1 4.76

50-640 AK-135

Для определения основных параметров очага использовались одни и те же события. Оценивалась точность определения эпицентров взрывов, зарегистрированных в январе 2019 года в Карелии, так как точное время в очаге не известно. На рисунке 3.16 показаны рассчитанные эпицентры известных взрывов в программе ELRESS. Карьер обозначен красным цветом, результаты локации с использованием моделей BARENTS - синим, BALTIK - желтым, KARELIA -розовым. По полученным результатам установлено, что модель BALTIC нужно использовать при определении координат событий в юго-западной части Карелии (Лахденпохский, Сортавальский, Питкярантский районы), а также в Прионежском районе. Это связано со схожим геологическим строением участка, по которому проходит профиль Baltic и перечисленных районов (рисунок 1.1). Для определения координат эпицентров землетрясений на севере региона и взрывов в Костомукшском районе нужно использовать модель BARENTS, модель KARELIA - в центральных районах Карелии.

29.00 36.00

Рисунок 3.16 — Эпицентры взрывов, зарегистрированных в январе 2019 с использованием различных скоростных моделей - а; эпицентр взрыва в Сортавальском районе, полученный с использованием различных скоростных моделей - б

Выводы главы 3

Определение основных параметров слабых сейсмических событий, зарегистрированных на территории Карелии, таких как координаты гипоцентра,

время в очаге, локальная магнитуда осуществляется с использованием нескольких протестированных программ:

- программного комплекса ELRESS;

- многофункционального программного комплекса WSG;

- программ HYP_BUR и HypoGlobal.

Установлено, что при определении координат событий в юго-западной части Карелии (Лахденпохский, Сортавальский, Питкярантский районы), а также в Прионежском районе наилучшей оказалась скоростная модель BALTIC. Это превосходство связано со схожим геологическим строением участка, по которому проходит профиль BALTIC и перечисленных районов. Для определения координат эпицентров землетрясений на севере региона и взрывов в Костомукшском районе лучше использовать скоростную модель BARENTS, а модель KARELIA в центральных районах Карелии.

Значения максимальных ошибок при определении координат эпицентров сейсмических событий на территории Карелии в среднем не превышают 10 км, при определении глубины очагов землетрясений вблизи сейсмических станций не превышают 5 км, а на всей территории Карелии не превышают 20. Показано, что Карельская сейсмическая сеть в областях сгущения сейсмических станций регистрирует землетрясения с минимальной магнитудой 1.8, на периферии с магнитудой 3.4.

Таким образом, получены оценки эффективности Карельской сейсмологической сети. Показана необходимость использования различных региональных скоростных моделей для определения гипоцентров сейсмических событий на территории Карелии (защищаемое положение №1).

Глава 4. Идентификация сейсмических событий по данным Карельской сейсмической сети