Правка:
Вставить или изменитьслова, (удалить слова), единицы измерений - выделить курсивом
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ОЦЕНИВАЕТ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ КОРКИ В ОБЛАСТИ ОЗЕРА BAIKAL, ИЗ ДАННЫХ АКТИВНОЙ ПРОВЕРКИ VIBROSEISMIC И ПРИЛИВОВ ТВЕРДОЙ ЗЕМЛИ (РЕЗИНКА) и отливы V. I.Yushin, V. V.Velinskii, I. I.Geza, и Институт V. S.Savvinykh Геофизики SB RAS, prosp. Akad. Koptyuga, 3, Новосибирск, , Российский РЕФЕРАТ бумага представляет попытку оценивать верхний предел скорости и чувствительности напряжения амплитуды корки Земли в очень сейсмической области Baikal трещины на основе данных от краткосрочного (10-дневное длинное) активный vibroseismical проверяя использование 100-тонны вибратора. Записанное были волны отраженные с Moho границы ( crustal база) на расстоянии 125 km из источника. Полученная серия волнового времени путешествия и изменений амплитуды согласовывались с твердыми приливами Земли и эффектами отливов считающихся как источник периодических изменений внутренних напряжений в корке. Верхний предел чувствительности напряжения скорости показал, чтобы быть о порядке величины выше чем косвенный теоретический оценивает. Техника обсуждается для обнаруживающей статистической связи между изменениями волновых параметров распространения.
Baikal Зона трещины, корка, твердые приливы Земли и отливы, чувствительность напряжения, проверка vibroseismic.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема проверки изменений на сейсмическом волновом распространении возникала в сейсмологии что касается прогноза землетрясения, которые согласно Stacey поиску средств [1] соответствующих методов идентификации твердых напряжений Земли. Зависимость волновых скоростей на выделяется в скале на месте (massif) очевидно но тонкость ожидаемых эффектов требует специальные методы на проверку и интерпретацию данных. Есть два аналогичных параметра предложили оценивать чувствительность сейсмических скоростей во внутренних напряжениях в скале на месте (massif) [2-4]. Сначала один названо 'чувствительность напряжения скорости' или 'коэффициент давления скорости' и выражено как
(1)
где V - скорость как функция давления (напряжение) P. Западные ученые обычно используют параметр v. В Русской литературе, который он - по большей части нелинейный параметр K определенный не-мерным уравнением [5-9]
(2)
где? - плотность. Два параметра обуславливается как
(3)
Так как v часто оценивается в зонах (kg+s/cm2), ( не-систематическое измерение напряжения,) и относительные изменения скорости? V/V ИНОГДА выражаются в %, отношение (3) может включить коэффициент 10-7:
(4)
Параметры v и срочный non-linearity K середины, который не вызывает убыток волновой энергии. В то же самое время, поглощение может также быть нелинейным и зависеть от волновой амплитуды. Nazarov [7] Предложил различать два типа non-linearity как реактивные и dissipative, соответственно.
Связь скорости-напряжение для других скал для давлений под 30 kbar (что соответствует глубинам до 100 km) было хорошо известным от лабораторных экспериментов [10, 11] и в общих чертах обосновывались глубоким сейсмическим звучанием (занятия области). Тем не менее, проблема абсолютного критического напряжения открыта на дискуссии, как предлагаемый оценивает, отличаться порядками величины, от 01.01.01 зоны [1, 12]. Следовательно, есть другая никакая менее важная проблема количественного отношения между наблюдаемым изменением скорости и связыванием в изменении напряжения позиции. В этом отношении, занятия сейсмических изменений скорости связанные с твердыми приливами Земли и отливами могут быть полезным средством, как последний может послужить в качестве естественного калибратора напряжения tectonic.
Известная теоретическая возможность обнаруживать приливные эффекты сейсмическим методом состоит в следующий [2-4]. Изменения Серьезности? g/g порядка 2+10-7 причины crustal напряжения? l/l порядка 2+10-8. Эмпирическая средняя твердость m консолидированной корки - о зоны 5+105. Таким образом, (двойное количество) амплитуда полного размаха приливного напряжения изменяется в корке? P = m·? l/l - о 0.01 зоны (F. Stacey [1] дает 0.05 зону). Теперь, оценивать приливный компонент изменений скорости? V/V, которую мы должны узнать чувствительность напряжения сейсмической скорости (1). Это известно изменится над широкой областью в функции скалы lithology, переломе, и глубинной-переменной давления lithostatic (300 bar/km). Максимум v показанный в лабораторных испытаниях - 0.1 %/зона и приписывается к образцам, рым с трещинами. Эти условия ограничиваются в позиции в глубинах так же поверхностных как и несколько десятков метров. Лабораторные Испытания triaxial сжатия образцов скалы под давлениями от 0.1 до 12 kbar corrsponding в глубины от 0.3 до 40 km, показали изменение v от 0.01 на 0.001 %/зона, и даже меньше. Целая оценка чувствительности напряжения скорости корки может получаться другим путем, независимым лабораторных экспериментов, однозначно из сейсмических данных если сейсмические скорости в других глубинах известные. Выражение Записи (1) как
(5)
и допустите что v = v = const. Внедряя это уравнение в смысле Stilties мы получаем среднюю чувствительность напряжения скорости для данной crustal толщины:
(6)
где V1, V2, P1, P2 - velocties и давления на поверхности и в глубоком рефлекторе, соответственно.
Как пример мы будем нужно последующий, позволять использовать этот метод, чтобы оценить целую чувствительность напряжения скорости для волны отраженной от Moho в области San Дефекта Andreas (Калифорния) и распространение в корке. Согласно [13], скорость P-волна V1 на near-поверхности слоя - около 3 km/сек, скорости границы V2 на Moho границе( H = 25 km, 7500 зона P2 =km/сек. Замена этих величин в (6) и допуская что P1 = 1 зону, мы получаем v? 0.013 %/зона (K = 130).
Для Baikal области где V1 = 3 km/сек, V2 = 8.1 km/сек, H2 = 40 km, 12,000 зона P2 = [14], та же величина v оцененные формулой (6) - около 0.008 %/зоны, или K = 75. Следовательно, приливное изменение путешествия-времени? t/t = ?V/V волны отраженной из Moho должно быть, согласно (5), о 1.3+10-6 и 0.8+10-6 для Калифорнии и Baikal, соответственно. Такие тонкие изменения могут обнаруживаться в решении по крайней мере 0.2+10-6. Более низкое решение приемлемо для более поверхностных глубин где v может достигнуть 0.1 %/зона но это было бы выше 10-5 во всяком случае [3, 4]. Если доступное решение сейсмических методов - никакое лучше чем 10-4, сейсмическое обнаружение приливных эффектов должно быть подумано невозможно. Тем не менее, широко опубликованные экспериментальные результаты [2-4, 9, 16, 17] подтверждение обратного. Мы будем рассматривать три статьи (работает) [2, 3, 16], которые с нашей точки зрения наилучшие надежные и высокое качество экспериментов сообщения.
Эксперимент описанный в [2] выполнялся вдоль приблизительно вертикального вала шахты резанной в крупномодульный calcite (мрамор). Сейсмические сигналы генерировались гидравлическим (vibrostand,) (")шейкер(",) действующее на кварцевой-нормализованной частоте 500 Hz. Измеренное было различие фазы между двумя геотелефонами: дистанционный геотелефон 30 m ниже поверхности и ссылки один разделенное около 300 m вдоль вала шахты; шейкер был установлен 37 m дальнейший с геотелефона ссылки. Сигнальные исследования амплитуды показали, что главный сейсмический режим представил Rayleigh волнообразной волной трубки с скоростью фазы 3000 m/s. Эксперимент продолжился 37 часов и записывающих периодическое изменение фазы соответствуя, как вычислено, в изменении скорости? V/V = 10-3 НА точности порядка 10-4. Сравнение наблюдаемой скорости изменяет фактическим земля-приливным напряжением в трех горизонтальных направлениях показал хорошую корреляцию в одном азимуте. (De Fazio алабама et находит эту корреляцию удовлетворительно. Мы тем не менее думаем, что их графики являются незначительным основанием для оптимизма из-за нажатиепоразительный разногласия между основными периодами скорости и изменений напряжения, также отмеченными авторами самими.) Такой большой контраст скорости если это действительно вызывалось твердыми приливами Земли и отливами, должно соответствовать v = 10 %/зоне или K = 20,000 согласно (1) и (3). В то же самое время, так как чувствительность напряжения скорости v с лабораторных испытаний в аналогичной скале - в области 0.01 на 0.1 %/зона на давлениях под 100 зоной, ?V/V должно быть 2 или 3 порядка величины ниже, чем это наблюдалось в этом эксперименте. De Fazio et al. [2] объясните несоответствие вероятным присутствием значительно больших трещин в скале в позиции, который делает сомнительную любую прямую экстраполяцию с лабораторных испытаний небольших образцов.
Другой эксперимент [3] выполнялся в гранитном карьере. Сигналы исходили из духового ружья приостановленного в водной-заполненной цилиндрической дыре и получались массивом геотелефонов на расстоянии 200 m. Измеренное было интервал времени между началом импульса на ссылке около-области акселерометра и первого прибытия волны в геотелефоне. Скорость фазы прямой волны - 1.2 km/сек, время путешествия - 170 m/s. Усреднение свыше 300 выстрелов для каждой сейсмограммы уступило среднее квадратное отклонение 3+10-4. Эксперимент обнаружил видимое периодическое изменение времени путешествия с двойной амплитудой полного размаха около 1 мс, которое соответствует изменению скорости? V/V? 5+10-3 (значительно больше чем в предшествующем эксперименте). Принимая Во Внимание наблюдаемое напряжение, которое подобно показало, чтобы быть большой, Reasenberg и Aki [3] оценивающее скорость позиции чувствительности напряжения in как 20 %/зона. Два эксперимента ограничили поверхностной коркой но выполнялись в кристаллических скалах типичных более глубокой корки также, и так интересны. Насколько истиные crustal изменения обеспокоены, величайшее число известное работает [видеть, например 9, 18] сделки с обработкой записей землетрясения базировавшегося на бедной-точности исходных данных и результаты отличаются сильно от тех полученное более точными активными методами. Удивительное обратное отношение между амплитудой наблюдаемой скорости изменяет и точность была отмечена Soloviev [15] кто предлагает рассматривать они оценивает как точную границу оценивает представление предела обнаружения сейсмических методов.
В этом отношении мы должны упоминать бумагу(работа) Clymer и McEvilly [16], что беспокоится долгосрочная проверка путешествия-время отраженных волн включая Moho отражения. Бумага(работа) содержит графики двух экспериментов 2-дневный длинный каждая с комбинированным напряжением и записями путешествия-время, которые не показывают любую очевидную корреляцию между двумя процессами. Clymer И McEvilly [16] упомянул, что " явный ответ времени путешествия в твердых приливах земли и отливах наблюдался в течение сначала три... эксперименты, который обсудится на отдельной бумаге". Тем не менее, как Dr. McEvilly сообщенное нам, они отказались обещанная публикация, имеющая поняла что что они наблюдали, были поверхностные эффекты. Так как эксперименты сфокусировали на дневных направлениях времени путешествия для волн отраженных от Moho, мы попытались сделать информацию границы от в дальнейшем. Сначала один совпаденным во-время с почти максимальными приливами и отливами (0.22 mGal), так что не было никаких причин, чтобы ожидать большие приливы и эффекты отливов в других экспериментах. Это разумно, чтобы допустить что гипотетические приливы и эффект отливов в том три больше экспериментов, возможно, обнаружены из-за более низкого шума. Следовательно, верхний предел приливных эффектов может определяться из максимального различия времени путешествия записанного в те "терпящее неудачу" эксперименты (около 3 мс в traveltime 8 s) и оцененное в 0.4+10-3. Допускать Что приливное изменение напряжения? P является 0.01 зоной, n полученное для Калифорнии из волнового луча отраженного от Moho, согласно (1) было бы в пределах 4 %/зоны. Этот результат контрастирует остро против косвенной оценки 0.013 %/зоны. Тем не менее, принем во внимание частное объяснение Clymer и McEvilly, мы должны классифицировать их работу как одно где никакие приливные эффекты в консолидированной корке не наблюдались, и оценка 4 %/зоны должна считаться границу величина с точки зрения инструментальных и потенциалов methodological.
В Октябре 1991 мы выполняли двух-недельную активную проверку в сейсмической области южного Baikal изучать приливные эффекты в сейсмических скоростях в консолидированной корке; некоторые предварительные результаты публиковались в [21]. Регулярный мелководье vibroseismic выполнялись вдоль 125.5 km длинного профиля с юго-восточной стороны Озера Baikal (город Babushkin) northwestward в деревне Kharat, с использованием электромеханического рассогласования 100-тонна вибратора действующим на частотах Hz. Никакие приливные эффекты не обнаруживались несмотря на высокая точность, превышающая известный от предшествующего работает. Настоящая бумага является результатом более подробной обработки расширенных данных из этого эксперимента в поиске более точной границы оценивает нелинейных параметров и чувствительности напряжения сейсмической скорости в корке очень опасной сейсмической области.
ОБРАБОТКА ДАННЫХ, ИНВЕРСИЯ ВОЛНОВОЙ ОБЛАСТИ И ВЫБОР ПРЕДМЕТОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЙ НА ВОЛНОВОМ РАСПРОСТРАНЕНИИ
Четыре типичных сейсмограмм полученных регулярным мелководье показываются в Фиге. 1. Каждое Из их - результат реальной корреляции времени сигналов vibroseismic непосредственно в течение мелководье. Сигналы получались 12-канальным встроенным геотелефонным массивом ориентированным азимутально по отношению к источнику. Верхние три канала записали соответственно X, Y, и компоненты Z трех-компонентного геотелефона. Другие девять каналов записали компоненты Z. ГеоТелефоны размещались в связки 11 для каждого канала, и шага (с пробелом) в 10 m в пределах группы. Связки были ориентированы поперечный (вдоль) профиля и с пробелома в 100 m (расстояние между центрами). Различия в этих сейсмограммах могут быть обращены внимание только очень тщательным обследованием. После отказа, 60 сейсмограмм выбирались для статистического анализа.
Несмотря на довольно высокий коэффициент сигнального шума в индивидуальных сейсмограммах, инверсии был выполнен используя сейсмограмму, специально филянный с любого несвязного шума, полученный как стек (channelwise) сумма 16 записывает. Из-за сильно возрастающей динамической области, сейсмограмма отображалась с использованием нерезидентной шкалы формирования изображения (Фига. 2). Интерпретация включила сравнение с DSS происходит для этой области [14]. Истиное первое прибытие показало, чтобы быть из P низкой амплитуды-волны преломленного в фундамент покрытия осадка со временем путешествия 21.6 s, которое является видимым только в суммированной сейсмограмме (смотри Фигу. 2). Эта волна плохая для проверки из-за бедного коэффициента сигнального шума (примечание между прочим, что она слабо обнаруживаемая даже если бы порождено взрывами). Волна следует за различными волнами преломления (один со временем путешествия 22.94 сек помечен как W1 на Фиге. 3 и включенное на проанализированный выбор). Время путешествия 23.6 сек соответствует выдающемуся прибытию Moho отражения помеченного как W2 чьи параметры проанализированы позже из своей максимальной второй фазы. Другие пять волн ( W3 - W7), включенных на выбор, не мочь однозначно интерпретироваться но - несомненно глубокого начала, что подтверждается высокими явными скоростями (8-9 km/сек). Два большинство выдающихся (W3 и W4), в порядке эксперимента приписываются к мантии ( PM1ref и PM2ref, соответственно).
Расширять коэффициент сигнального шума, полученные многоканальные встроенные сейсмограммы превращался в единственный-канал региональной записи посредством суммирования по 9 следах (маршруты) из идентичного трансверсально спозиционированного Z-канала геотелефонов. Каналы суммировались с сдвигом времени одного выбора (10 мс), какое соответствовал ориентации максимума образца излучения что касается явной скорости 10 km/сек. Теоретически это разрешенному трех-складывать увеличение в коэффициент сигнального шума и каждое суммирующее (комплексную) запись было результат ориентированного приема единственной развертки 800 массивами x 100 m 99 геотелефонов.
Фрагмент (комплексной) сейсмограммы собирается 60 суммированных следов (маршруты) показанных в Фиге. 3 покрытия шесть семи проанализированных элементарных волн.
РАЗМЕРЫ И КОРРЕКЦИЯ ВРЕМЕНИ ПУТЕШЕСТВИЯ И ИЗМЕНЕНИЙ АМПЛИТУДЫ
Графики traveltime и изменений амплитуды полученной из обработанной комплексной сейсмограммы записанной в течение 10-дневной проверки показываются в Рисунках. 4-6, вместе с теоретическим графиком приливного усилия. Ниже мы даем некоторые объяснения в вычерчивании процедуры.
Точное измерение колебаний времени путешествия записанного на других сеансах достигалось вычислением обратных спектров фазы соответствующих импульсов элементарной волны. Амплитуда Элементарной Волны обнаруживалась как абсолютный дискретный счет максимума данного импульса. Остаточный шум был оценен отдельно для каждой элементарной волны как среднее квадратное отклонение? n в интервале времени перед P-волной первых прибытий. Так как источник и получатель автоматически были синхронизированы ( специальным кварцевым таймером точности 5+10-9), их неприспосовка брошенная тень на сейсмограммы как сдвиг прибытия общий на всех волнах. Таймер многократно проверялся или корректировался против радиосигналов Национального Обследования Времени, и соответствующие коррекции были внесены измеренные прибытия в течение обработки данных.
Рисунок 4 показывает изменения времени путешествия для элементарной волны ссылки W4 скорректированной для дрейф часов ***(неприспосовка) и теоретический график приливного усилия. Изменения времени Путешествия других шести волн показываются в Фиге. 4 и 5 как различия ( си - t4) между этим временем путешествия Wi и элементарной волной ссылки W4 после вычитания постоянных компонентов. Это очевидно, что в этой только элементарной волне случая времени медведей эффектов W4 общей на целой сейсмограмме. Эти эффекты могут производиться ошибками синхронизации оставшимися после коррекции данных, локальными изменениями rheologic в источнике и областях получателя должными например на эффектах погоды на заземлении и, наконец,, приливным компонентом распространенным всеми элементарными волнами. Эти компоненты не будут очевидными в различиях времени путешествия ( си - t4). Тем не менее, с тех пор как лучи других волн не следуют тем же маршрутам, приливные эффекты на них будут разнородными и так изменения различия времени путешествия принесут индивидуальные характеристики этих эффектов, в более ясной форме чем изменение t4. Без трех аномальных прибытий W4 15 Октября, 16, и 18, серия времени t4 включает медленное положительное направление (бросишенная строка на Фиге. 4, a) против каких произвольных отклонений измеренного времени путешествия - в пределах 1 мс. Over первым днем приращение достигнутое +3 мс и затем стабилизированное в +4 мс что касается исходного состояния. Направление может в принципе иметь причины tectonic, но наиболее вероятно, производится поверхностными эффектами rheologic из-за влияния погоды и продолжительного сжатия земли под вибратором. Изолированные аномалии возможно производились ошибками synchronizartion как у них нет сопоставления на смежных записях, не очевидны в серии различия времени путешествия и остаточный шум в соответствующих сейсмограммах был даже ниже средства.
Амплитуды того же самого шести элементарных волн вычерчиваться на Фиге. 6. Имейте В Виду, что в отличие от графиков путешествия-время, амплитуды показаны как абсолютные, а не относительные величины.
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЛНОВОГО ПРИБЫТИЯ И СЕРИИ АМПЛИТУДЫ. ГРАНИЦА ОЦЕНИВАЕТ
Визуальное обследование. Как правило, изменения различенные в течение непрерывных исследований требуют дальнейший анализ обнаруживать присущую связь, латентную периодичность, направления, и т. п.. За исключением вышеупомянутого видимого медленного направления traveltimes элементарной волны W4, серия показанная в Фиге. 5 и 6 взгляд chaotic. Никакая корреляция не увидена с приливными изменениями серьезности также.
Это известное от многочисленных psycho-физических экспериментов, что гармонический сигнал с амплитудой B может визуально различаться против окружающего шума той же самой частоты со средним квадратным отклонением?,ђ}?, при условии, что коэффициент сигнального шума (на основе средней квадратной амплитуды) - вышеуказанный 2:
(7)
В этом случае предела, рассеяние... наблюдаемых величин серии Y равных общей величине гармонического сигнального и произвольного шума
(8)
whereform из этого следует, в отношении условия (7), что если гармонический компонент не может различаться визуальным анализом, амплитуда не превышает величину
(9)
В конкретном, иметь вычитающее положительное направление из серии {t4} (смотри Фигу. 4, a) мы получили... = 0.5 мс. Inasmuch никакая видимая связь с приливами и эффектами отливов не наблюдана, мы можем указаться согласно (9), которое амплитуда приливного компонента, если он существует, не превышается
(10)
который соответствует относительному изменению скорости фазы W4 (t = 24.74 s) меньше чем... или 2.5+10-3 % (11)
Причинный Анализ произвольного разброса времени путешествия. Окружающий шум в сейсмограммах - сначала физически очевидная причина разброса времени путешествия. Эффект может быть предсказан используя известную формулу [2]
(12)
где? t - среднее квадратное отклонение времени путешествия данной элементарной волны с амплитудой A,? N - среднее квадратное отклонение окружающего шума, f0 - сигнальная частота predominate.
Если сейсмограмма является результатом корреляции vibrosignal, как в данном случае, f0 -, как правило, центральная частота спектра шума. Выражение (12) - в силе для singnal-шума коэффициентов свыше 10 быть обычный случай, в противном случае проверка не имеет смысл.
Шум в серии различия времени путешествия {си - tJ} оценивается формулой
(13)
где rN ( си - tJ) является фон-нормализованным компонентом шума. Так как rN < 1, это выражение всегда правильное. Сравнение полученного? t' с? t рассчитанный немедленно из серии {си - tj}, мы можем решить, что если? t? ?t', разброс в основном вызывается окружающим шумом; если? t >> ?t', некоторые другие значимые причины должны быть найдены. Случай, когда? t < ?t' физически невозможно и свидетельствует о серьезной ошибке на обработке.
Обнаружение латентной связи методом корреляции. Анализ корреляции разрешает обнаруживать отношение между двумя сериями или между серией и известной функцией затемненными произвольными ошибками измерения. Это лучшее пригодное для дискретной серии времени чем спекральный анализ. Оценивать гипотетический приливный компонент в изменениях некоторых параметров, следующая статистическая проблема должна считаться.
Пусть X и Y будет две произвольных величины, производный от двух других independed произвольных величин? и N как
(14)
(15)
где G и B - константы. G Принято известная (амплитуда изменений серьезности), N (произвольная ошибка в размерах некоторого параметра Y сейсмической волны) имеет нормальное распределение со средним квадратным отклонением? N,? распространен единообразно над областью (0.2?). Мы должны оценить константу B на выборе независимых размеров n (количество размеров взятых в течение проверки периода, или длины серии). Физически величина? модели приливная фаза, которая является ни в коем случае произвольным компонентом. Тем не менее, если рассматривать, что размеры будут взяты в произвольных моментах времени, такой метод - в силе, поскольку это предположение не улучшает конечную оценку что касается реальной ситуации. Решение этой проблемы ведет к следующему результату. Коэффициент корреляции произвольных величин X и Y (14), (15) определяется выражением
(16)
где? - амплитуда коэффициента сигнала-шум в серии наблюдения
(17)
Отношение (16) разрешает ограничивать исходный коэффициент сигнального шума (17) через оценку коэффициента корреляции серии X и Y:
(18)
где истиная величина rXY может заменяться своей эмпирической оценкой. Таким образом, алгоритм статистической оценки приливного компонента B включает следующие шаги:
1) calcualtion среднего квадратного отклонения серии Y;
2) вычисление rXY;
3) вычисление начального коэффициента сигнального шума? формулой (18);
4) оценка B формулой получила из (17):
(19)
где с тех пор? << 1, ошибки измерения? N могут заменяться со средним квадратным отклонением серии Y. Точность и устойчивость этой оценки могут проверяться через среднее квадратное отклонение? r эмпирического коэффициента корреляции, которое - известный [25], чтобы зависеть от объема выбора n как
(20)
Величина постоянного G - в этом случае никакого значения.
Позвольте теперь оценивать приливный компонент в изменении времени путешествия элементарной волны ссылки W4, использующей эти уравнения и реальные данные. Самая Верхняя корреляция между приливным эффектом и изменением t4 (исключение направления) было в r* = 0.17 и связанное с 4-часовым сдвигом серии времени путешествия {t4} относительно приливов и кривой отливов. Ошибка rms в этой оценке показала, чтобы быть? r = 0.12 согласно (20), то есть низкого статистического значения. Тем не менее, принимая эмпирическую величину r* = 0.17, чтобы быть наиболее надежным, найдите соответствующий коэффициент сигнального шума? ? r = 0.17 и амплитуда приливного компонента (18) и (19):
(21)
Следовательно, используя дополнительный анализ корреляции мы пришли к обнаруживаемому пределу приливного компонента более чем пять времен ниже, чем видимая величина (10), до путешествия-времени относительной величины 0.5+10-5.
Полученный результат должен считаться с точки зрения вероятности. Он означает, что если корреляция между временем путешествия и приливами и отливами существует, это может оцениваться вышеуказанной величиной, которая соглашается с наблюдениями, но эти экспериментальные данные и объем выбора недостаточные для более подробного вывода. Кроме того, грубый статистический estimates отношения между двумя сериями появляется слишком оптимистический, по мере того как они игнорируют (неотношение) истиная вероятность распределения данных оставаясь недостижимым. Оценивать вероятный естественный разброс эмпирического коэффициента корреляции в случае, когда серия недоставать любой постоянный компонент, мы выполнили цифровой эксперимент в корреляции независимых выборов произвольных чисел в n = 60 как по происхождению с реальной приливной функцией. Некоторые выборы показали, чтобы содержать перемещенную серию с коэффициентом корреляции вплоть до 0.15-0.2. Следовательно, обнаруживаемый предел приливного изменения скорости переоценивается, несмотря на вышеуказанная формальная величина, и в действительности это должно быть значительно ниже, чем 0.5+10-5.
Оценивает корреляции между различиями времени путешествия {си - tj} других шести элементарных волн и приливный компонент не показал абсолютным величинам выше, что для {t4} и, следовательно, не противоречьте полученной верхней величине границы.
Оценка Границы чувствительности скорости в напряжениях. Давайте окажемся, согласно (1), "визуальный" v1 и "статистическая" граница v2 оценивает чувствительности напряжения скорости консолидированной корки в данной области, использующей полученную границу оценивает Bmax (10) и (21) амплитуды приливного компонента в принеме изменений времени путешествия? 0.01 Зона P =, 25 s t0 =:
(22)
(23)
Сравнение последней оценки с подразумевающейся величиной 0.008 %/зоны показывает, что положительное обнаружение приливного эффекта в изменениях скоростей P-волна требуется о порядке высшей точности величины. Дополнительно к улучшению синхронизации и расширяти серии времени, идеи исследовать различия времени путешествия P - и S-волны, которые являются свободными от ошибок синхронизации появляются обещение но не достигнуты в нашем эксперименте.
Анализ изменений амплитуды. Наблюдаемые изменения амплитуд семи элементарных волн показываются в Фиге. 6. Средние и средние квадратные амплитуды для каждой элементарной волны выбора даются в столбцах 4 и 5 Таблицы 1. К тому же, мы определяем nosie разброс в свободных сегментах от волны (перед первыми прибытиями) каждой сейсмограммы... и средство над всеми сейсмограммами...:
(24)
Это увидено из Таблицы, что разброс амплитуды является везде вышеуказанным средним шумом (24) и очевидно зависит от соответствующих амплитуд. Он указывает, что окружающий шум не - единственная причина разброса но есть компонент выступающий в качестве произвольного коэффициента увеличения. Этот компонент мог обусловиться в приливах и отливах, но иметь никакая очевидная корреляция между изменениями амплитуды и приливным напряжением (Фига. 6, a) это разумно, чтобы проверить более простую гипотезу первая, та же самая нестабильность вибратора. В этом случае статистическая модель колебаний может выглядеть как суммой произвольного компонента увеличения изменения амплитуды и шума окружающей среды.
Рассматривайте следующую проблему. Пусть амплитуды Ai и Aj двух элементарных подходящих статистических уравнений волн
(25)
(26)
где... и... - математические ожидания амплитуд Wi и Wj; Ni И Nj - произвольные величины, представляющие произвольный окружающий шум в данное время меры амплитуд Ai и Aj, соответственно. Ni И Nj позволять нуль означать величины, идентичный разброс... и коэффициенты корреляции rN (я, j); ? - не-мерная произвольная величина с нулевым ожиданием и средним квадратным отклонением? << 1, который характеризует взаимно подчиненное multiplicative колебание амплитуд Ai и Aj. Это допущено что изменение? - то же для всех элементарных волн. Физическая величина (1 + ?)ђ}?) описывает компонент изменений амплитуды общий на всех элементарных волнах, которая производится произвольными колебаниями источника (звучание) амплитуда. Мы должны оценить среднее квадратное отклонение? (multiplicative нестабильность амплитуды).
Момент корреляции между измеренными амплитудами пары элементарной волны представлял (25) и (26), в отношении предположений, после того, как преобразование выглядит как:
(27)
где rN (я, j) - коэффициент корреляции шума в одной и той же сейсмограмме, очевидно, равных backgound-нормирующее за один раз сдвиг шума равный различию времени между прибытиями Wi и Wj. Эта функция может легко оцениваться из сейсмограмм, а первое приближение это может заменяться с теоретическим выражением [26]
(28)
где F и f0 - развертка bandpass и средняя частота, соответственно. В этом случае F = 4 Hz, f0 = 7.5 Hz. Замена в си (28) и tj для других пар элементарной волны (Таблица 1, столбца 3), мы можем оценить соответствующие коэффициенты корреляции шума. Если экспресс среднее квадратное отклонение из уравнения (27) и момент корреляции... как…, когда (delta_i), (delta_j) и (rA) - среднее квадратное отклонение и коэффициент корреляции измеренных амплитуд двух элементарных волн (Ai и Aj) соответственно, мы получаем
(29)
Это выражение позволяет оценивать (в диапазоне предполагаемой физической модели) нестабильность амплитуды развертки разделяя это с окружающего шума. Неравенство дельт оценивалось из других пар элементарной волны (я, j), и тем более, что получая воображаемые величины свидетельствует о ложности выбранной модели.
Правая половина таблицы содержит матрицу коэффициента корреляции пары амплитуд для всех семи элементарных волн с статистически значимыми коэффициентами (выше 2?, какое согласно (Некоторые элементарные волны показывают довольно прочную корреляцию амплитуды, и это оказывается подтверждает гипотетическую модель их отношения через изменения амплитуды развертки. Уровень (степень) волнового отношения?, Ї.
ђ}?, вычисленное формулой (% для большинства элементарных волн. Тем не менее, факт статистически значимой отрицательной корреляции амплитуды W2 с некоторыми элементарными волнами беспокоит и не мочь объясняться простой моделью (25) и (26). В настоящее время мы можем объяснить этому экзотическим механизмом изменения образца излучения, которое является действительно способным вызвать другие эффекты в сейсмические лучи. Действительно, нет причин медицинского осмотра изменений амплитуды незакрытого вибратора как машина: фактический (мотив) усилие строго связан с частотой развертки и последний воспроизводится на точности 10-8. Все действительно наблюдающее изменения амплитуды развертки несомненно связаны с внешними эффектами, или около-области или дистанционной. Если мы принимаем изменчивость середины (вызванное эффектами погоды или вибрацией собой),, мы можем построить гипотезу, который это влияние влияет на как интенсивность так и образец сейсмического излучения.
ОЦЕНКА ГРАНИЦЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ АМПЛИТУДЫ ВОЛНЫ В КОРКЕ ВЫДЕЛЯЕТСЯ
Мы можем получить верхний предел волновой чувствительности напряжения амплитуды статистическим анализом серии наблюдения, принимающего вероятное существование отношения между изменениями амплитуд элементарной волны и приливного напряжения. Метод подобен, которому для волновой скорости и подобно включает два типа estimates: с визуального обследования (a1) и анализом корреляции (a2). Для визуальной оценки мы должны узнать среднее квадратное отклонение? A элементарного изменения амплитуды волны и означать амплитуду элементарной волны (обе величины даются в Таблице 1). Применение того же вывода как (9), мы получаем это если нет видимой связи с приливным напряжением G, оценка границы приливного эффекта в амплитуде элементарной волны не мочь быть вышеуказанным
(30)
где? - гипотетический приливный эффект в амплитуде A, и? = 28 Устройств для элементарной волны W4 (смотри Таблицу 1), whereform?1 < 35 устройств. Лучший ограниченный?2 может получаться аналогией с (19) после расчета коэффициента корреляции rGA для серии наблюдаемых амплитуд A и приливного компонентного G:
(31)
Максимальная величина rGA 0.2 была наблюдана за один раз сдвиг трех часов (0.09 без сдвига). Согласно (31), ?2 < 8 устройств. Аналогией с чувствительностью напряжения скорости (1), чувствительность амплитуды может обнаруживаться как
(32)
Допускать Что? 0.01 Зона P = и замена? в (32) с полученной границей оценивает?1 и?2 и среднюю амплитуду элементарной волны w4 (... = 504), мы находим, что a1 < 7 bar-1 (700 %/зона) согласно визуальной оценке и a2 < 1.6 bar-1 (160 %/зона) согласно статистической оценке.
К несчастью, мы не знаем теоретические прогнозы для dissipative чувствительности (связанной с ослаблением), чтобы сочетаться полученный оценивает. Следовательно, они должны считаться как достижимый предел инструментального обнаружения твердых приливов Земли и эффекты отливов в изменениях сейсмических амплитуд элементарной волны если активная проверка выполняется непрерывным вибратором, который является наиболее стабильным источником в настоящее время.
ВЫВОДЫ
1. Активная проверка vibroseismic выполнялась в области Озера Baikal с целью тестировать методологию для обнаружения напряжения и изменений напряжения в корке Земли опасных сейсмических областей. Специфическая проблема была определить чувствительность скоростей P-волна в консолидированной корке, чтобы выделить изменения вызванные твердыми приливами Земли и отливами.
2. Полученная серия времени путешествия и амплитуды волн отражались с Moho границы и самой верхней мантии делающих основу для статистического и визуального анализа их связи с изменениями серьезности.
3. Изменения скорости измерялись на точности 2+10-5, или почти два порядка величины лучшей чем в более ранних экспериментах De Fazio, Reasenberg, Aki, и т. п..
4. Обнаруженные изменения волновых скоростей и амплитуд обуславливается с внешними эффектами поверхности и микросейсмическим шумом.
5. Отсутствие очевидной корреляции (отношение) с приливами Земли и отливами (эффекты) тем не менее разрешило определять верхний предел возможной чувствительности напряжения скорости корки Земли, которая показывала, чтобы быть порядком величины и ниже, чем полполучения другими рабочими. Это - 0.15 %/зона, значительно ближе чем где-нибудь еще в результатах лабораторных испытаний в образцах скалы.
6. За исключением (Дополнительно к) обычной (окружающей среде) добавка (сейсмический шум) и multiplicative (исходное усилие) колебания, статистический анализ амплитуд элементарной волны обнаруживающие неожиданный эффект отрицательной корреляции элементарной волны, которая может физически объясняться изменчивостью образца излучения.
ССЫЛКИ
F. Stacey [1]. Физика Земли [Русский Перевод], Москва, 1972.
T. L [2]. De Fazio, K. Aki, и J. Alba, J. Geophys. Res., vol. 78, no. 8, p.1319, 1973.
[3] P. Reasenberg И K. Aki, J. Geophys. Res., vol. 79, no. 2, p. 399, 1974. [4] H. Bungum, E. Hjortenberg, И T. Risbo, в: Занятия Земли сейсмическими источниками не-взрыва [на Русском], p. 248, Москва, 1981.
[5] V. V.Gushchin И G. M.Shalashov, ibid, p. 144.
[6] A. V.Nikolaev, В: Проблемы нелинейные сейсмические [на Русском], p. 5, Москва, 1987.
[7] V. E.Nazarov, Akusticheskii zhurnal, vol. 37, no. 6, p. 1177, 1991.
Yu [8].I. Vasiliev, N. A.Vidmont, A. A.Gvozdev, АЛАБАМА et в: Проблемы нелинейные сейсмические [на Русском], p. 149, Москва, 1987.
[9] A. G.Gamburtsev, СЕЙСМИЧЕСКАЯ проверка литосферы [на Русском], Москва, 1992.
[10] S. Clark (Ed.), СПРАВОЧНИК физических констант [Русский Перевод], Москва, 1968.
[11] N. I.Christensen, J. Geophys. Res., vol. 79, no. 2, p. 407, 1974.
[12] F. Press И U. F.Brace, в: прогноз Землетрясения [Русский Перевод], p. 32, Москва, 1968. [13] R. Feng И T. V.McEvilly, Бык. Seism. Soc. Amer., vol. 73, p. 1701, 1983.
[14] N. N.Puzyrev (Ed.), Baikal ИНТЕРЬЕР (из сейсмических данных) [на Русском], Новосибирск, 1981.
[15] V. S.Soloviev, Dokl. ВЫПОЛНЯЙТЕ, vol. 329, no. 2, p. 166, 1993.
[16] R. W.Clymer И T. V.McEvilly, Бык. Seism. Soc. Amer., vol. 71, no. 6, p. 1903, 1981.
V. Kh [17].Akhiyarov, L. G.Petrosyan, И Yu. G.Shimelevich, Dokl. SSSR( ВЫПОЛНЯЙТЕ), vol. 252, no. 3, p. 577, 1980. [18] G. A.Popandopulo, Dokl. SSSR, vol. 262, no. 3, p. 580, 1982. [19] L. N.Rykunov, O. B.Khavroshkin, И V. V.Tsyplakov, в: Проблемы нелинейной геофизики [на Русском], p. 109, Москва, 1981.
[20] R. Tatham, G. Pernel, R. Miller, АЛАБАМА et, Proc. Интерн. Geoph. Conf. SEG, Moscow-92, РЕФЕРАТЫ, p. 260, Москва, 1992.
[21] V. I.Yushin, N. I.Geza, АЛАБАМА V. V.Velinsky et, J. Pred Земля. Res., no. 3, p. 119, 1994.
[22] A. F.Emanov, A. P.Kuz'menko, M. A.Mokshanov, АЛАБАМА et в: Разработка сейсмических источников не-взрыва [на Русском], p. 48, Москва, 1989.
[23] V. I.Yushin, G. V.Egorov, N. F.Speranskii, И V. N.Astafiev, Акустический анализ нелинейных и явлений rheological в зоне near сейсмического вибратора, Geologiya я Geofizika (Русская Геология и Геофизика), vol. 37, no. 9, p. 156(152), 1996. [24] E. Karageorgi, R. W.Clymer, И T. V.McEvilly, Бык. Seism. Soc. Amer., vol. 82, no. 3, p. 1388, 1992.
[25] N. A.Livshits И V. N.Pugachev, Вероятностный анализ автоматических управляющих систем [на Русском], Москва, 1963.
[26] I. S.Gonorovskii, РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ цепи и сигнализировает [на Русском], Москва, 1986.
Полученное 6 Июля 1998 Принятых 2 Ноября 1998
ЗАГОЛОВКИ ЦИФРЫ
Фига. 1. Типичные коррелированные записи активной проверки vibroseismic.
Каждая сейсмограмма является результатом свертки 20-min сигнала развертки.
Фига. 2. Суммированная сейсмограмма свыше 16 развертывается.
(Нерезидентная) шкала Визуального Наблюдения является переменной: усиление гладко уменьшает восемь-складываться между 22 и 23 сек.
Фига. 3. Соберите (Комплексный) сейсмограммы 10-дневной длинной проверки.
Фига. 4. Путешествуйте время и приливные изменения напряжения.
a - ссылка элементарной волны W4; b - изменения различия времени путешествия элементарных волн W4 и W3
Фига. 5. Изменения амплитуд элементарной волны.
Фига. 6. Амплитуды семи других элементарных волн A1,..., A7 получил в течение 10 дней размеров.
Амплитуды - на стандартных устройствах. Дневное время распределяет, разделяются вертикальными строками
Таблица 1. Статистический анализ элементарных изменений амплитуды волны
Элементарный Коэффициент Амплитуды волны корреляции амплитуды между парой элементарных волн и интервала доверия**
время путешествия природы сокращения, средний разброс амплитуды* в амплитуде s m. s.d. %
преломление и многократно (обертон) махать из Moho и верхней мантии
* Среднее квадратное отклонение амплитуд - на абсолютных стандартных устройствах и на процентах средней амплитуды элементарной волны;
** Интервал Доверия? = ±3 (1 - rwi, wj) /...60
+ только признак маркеров коэффициента корреляции если величина является нижеуказанным интервалом доверия
