диссертация (1097841), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Главу 1), в первую очередь, для сопоставимости результатов.Таким образом, недостатком описанных выше исследований приливноймодуляции ВСШ является ограниченность частотного диапазона регистрируемогосигнала. При этом неизбежно возникает вопрос: “Будут ли приливные эффекты,выявленные в сейсмических шумах при долговременной регистрации на частотеf = 30 Гц, проявляться и в других частотных диапазонах?”.Рисунок 3.32 – Спектральная плотность ускорений фонового сейсмического шумаи минимальных уровней различных систем регистрации (по [Черепанцев, 2014]).USGS Low Noise Model определяет минимальный уровень шумовогосейсмического поля [Peterson, 1993].

Узкополосный резонансный сейсмометр(раздел 2.2) и сейсмометр Черепанцева (акселерометр с S-формой изгибныхколебаний) приведены в сравнении с сейсмометрами Lennartz LE-3D/20s9 и PCB393B0410 .Для ответа на этот вопрос был использован широкополосный сейсмометрконструкции А.С.

Черепанцева [Черепанцев, 2014], обладающий достаточнойчувствительностью9дляисследованияURL: http://www.lennartz-electronic.deURL: http://www.pcb.com10сейсмическихшумов(Рисунок 3.32).130Экспериментальная регистрация сейсмических шумов этим датчиком былаорганизована на сейсмостанции “Начики”, на том же постаменте, где установленаузкополоснаяаппаратурарезультатов,полученныхВСШ.Эторазличнымиобеспечилотипамивозможностьприборов,ссравненияакцентомнасопоставление различных частотных диапазонов. В разделе 3.5 представленырезультаты проведенного эксперимента.3.5.1 Цифровой широкополосный акселерометр ASA-3Теоретические разработки, на основе которых был создан акселерометрASA-3 (Рисунок 3.33), изложены в работе [Черепанцев, 2014].

Использование Sобразной формы изгиба биморфного элемента (Рисунок 3.33 б) в акселерометре спьезоэлектрическим преобразователем дает возможность повысить коэффициентпреобразования и расширить полосу частот регистрируемых ускорений. В ASA-3изгибныеэлементысоединеныпоследовательновнесколькогрупп(Рисунок 3.33 в), что также увеличило его чувствительность.Характеристики акселерометра ASA-3M1. Чувствительность (с учетом предусилителя) ……………….…….……… 50 Вс2/м2. Динамический диапазон …………………………………………...……….. 130 дБ3.

Частотный диапазон ………….……………………………….………….. 5 − 400 Гц4. Минимальный уровень регистрируемых ускорений …………………… 210-8 м/c25. Вес ……………………………………...……………………………………….. 3.6 кг6. Коэффициент усиления предусилителя ……………………………………......… 107. Напряжение питания …………………………...………………………… ±3 − ±18 В8. Ток потребления ………………………………….…...………………………  3 мАДанные с ASA-3 после усиления с k = 200 записываются цифровымрегистратором ZET-22011. Разрядность АЦП – 24.

Частота дискретизации – 800отсчетов/c. Максимальный срок автономности, определяемый объемом флэш11URL: http://zetlab.com/shop/izmeritelnoe-oborudovanie/moduli-atsp-tsap/atsp-tsapzet-220/131карты 32 Гб, составляет 4 месяца.бавРисунок 3.33 – Цифровой широкополосный акселерометр ASA-3.а) Внешний вид механической части датчика;б) Схема изгиба S-типа биморфного преобразователя. Биморфный преобразовательпредставляет собой две пьезокерамические пластины 1, 2, поляризованные ввертикальном направлении с жестким закреплением к основанию 3. Инерционнаямасса 4 совершает чисто поступательное движение вдоль оси y. Перекоммутация 5соответствует параллельному соединению отдельных сегментов биморфа;в) Модель упругой системы на основе S-изгибной моды колебаний, включающаяизгибные пружины на основе пластин биморфных преобразователей 4,инерционную массу 2, жестко связанную с через подложки 3 с пружиной. Крайпластин имеет жесткое закрепление с основанием преобразователя 1.3.5.2 Первичная обработка материалов широкополосной регистрацииПервичная обработка полученных данных состояла в расчете спектровчасовых реализаций сейсмических шумов.

На рисунке 3.34 показаны в качествепримера часовые спектры за 8 сут.Отмечены следующие особенности регистрируемого сигнала:1. Спектр сигнала представляет собой набор компонент с достаточно стабильным132соотношением их спектральных плотностей.2. Частоты, соответствующие максимальным значениям спектра, устойчивы вовремени.3. Существуют частоты, для которых спектральная плотность всегда превышаетуровень собственных шумов аппаратуры.4. В настоящее время неясно происхождение высокостабильных, достаточно узкихмаксимумов на частоте 90 и 200 Гц. Предполагается техногенный характер этихкомпонент, но их источник не выявлен. Отмечено, что возможные помехи,связанные с электрическими сетями на частотах n50 Гц, за исключением 200 Гц,отсутствуют.Рисунок 3.34 − Пример спектров часовых отрезков ВСШ (200 шт.).

Минимальныезначения соответствуют спектру собственных шумов аппаратуры (красная линия).Такимобразом,предоставляетсяреальнаявозможностьрассмотретьвременные вариации различных спектральных компонент сейсмического шума,превышающих уровень собственных шумов аппаратуры и свободных от очевидныхтехногенных помех.Для дальнейшего анализа были сформированы временные ряды значенийспектральных плотностей сейсмического шума на частотах, соответствующихмаксимумам спектра:f = 68, 76, 131, 142, 156, 170, 178, 206, 236, 263, 278, 319 Гц.1333.5.3 Приливные эффекты в широкополосных сейсмических шумахПодприливнымэффектомвконтекстеэтогоразделапонимаетсясинхронизация вариаций спектральных компонент сейсмического шума (илиогибающей ВСШ при узкополосной регистрации) с земными приливами. Цельюданного этапа исследований широкополосного сигнала было:1.

продемонстрировать, что приливные гармоники существуют в сейсмическихшумах широкого диапазона частот;2. показатьособенностиприливноймодуляции,ранеевыявленныеприузкополосной регистрации: нестабильность приливного отклика во времени и связьс напряженно-деформированным состоянием среды, отраженным в подготовкесильных локальных землетрясений.Поскольку задачей раздела является сопоставление широкополосной иузкополосной регистрации ВСШ, то по аналогии с разделом 3.3 рассматриваютсяфазовые соотношения между ВСШ и приливами.В качестве информативного параметра используется фазовый сдвиг междуконкретной приливной волной и соответствующей (т.е. имеющей тот же период)гармонической компонентой временного хода спектральной плотности ВСШ(Рисунок 3.3).

Расчет ведется в скользящем временном окне шириной  4 недели.Как было отмечено выше, на Камчатке отклик сейсмических шумов навоздействие приливных волн суточной группы сильнее, чем полусуточной группы.В то же время 24-часовые вариации уровня сейсмического шума могут бытьсвязаны с метеорологическими процессами или иметь антропогенный характер.Поэтому рассмотрено влияние приливных волн O1 и Q1, имеющих, соответственно,периоды 25.82 и 26.87 час., что позволяет успешно выделять эти компоненты извременных рядов сейсмического шума.На рисунке 3.35 представлен временной ход фазового сдвига  междуприливной волной O1 и соответствующей ей гармонической компонентойвременного хода спектральной плотности шума на различных частотах f.Рисунок 3.36 демонстрирует те же параметры для приливной волны Q1.

Точки, длякоторых стандартное отклонение  ≥ 1.5, на график не выносились.134Рисунок 3.35 − Временной ход фазового сдвига  для приливной волны O1 инабора спектральных компонент ВСШ. Частота спектральной компоненты указанана каждом графике. Сплошная линия соответствует осредненному по всему набору(с весом, зависящим от дисперсии оценки ) временному ходу . Вертикальныеотрезки соответствуют стандартному отклонению.135Рисунок 3.36 − Временной ход фазового сдвига  для приливной волны Q1 инабора спектральных компонент ВСШ.

Частота спектральной компоненты указанана каждом графике. Сплошная линия соответствует осредненному по всему набору(с весом, зависящим от дисперсии оценки ) временному ходу . Вертикальныеотрезки соответствуют стандартному отклонению.136Рисунок 3.37 − Осредненный по набору спектральных компонент ВСШ временнойход фазового сдвига  для двух приливных волн O1 (а) и Q1 (б). Вертикальныеотрезки соответствуют стандартному отклонению.Для построения временного хода среднего (по группе спектральныхкомпонент, но отдельно для каждой рассматриваемой приливной волны) фазовогосдвига  (Рисунок 3.37) было проведено осреднение с весом, зависящим отточности определения  для отдельных спектральных компонент: sin  /   arctg cos  / i2ii2ii,iгде i – фазовый сдвиг для i-ой спектральной компоненты, а  i2 − дисперсия егооценки.Как следует из рисунков 3.35, 3.36, 3.37:1) Временной ход  для отдельных спектральных компонент (т.е.

для различныхчастотных компонент сейсмического шума) в целом соответствует среднемувременному ходу  . В этом случае осреднение позволяет получить оценкивременного хода  с большей точностью и допускает использование отклика нетолько на мощные приливные волны типа O1, но и на существенно более слабые –Q1 .2) Временной ход среднего фазового сдвига  для двух приливных волн O1 и Q1также имеет совпадающие тенденции временного хода.137Проведение по единой методике обработки данных регистрации ВСШразличными типами аппаратуры – узкополосной и широкополосной, позволилопровести сравнение полученных результатов. На рисунке 3.38 приведен временнойход среднего фазового сдвига для приливной волны O1 по даннымширокополосной регистрации и аналогичные данные узкополосной регистрации.Сопоставление графиков позволяет отметить соответствие этих двух временныхзависимостей как в целом, так и в частностях.

Обращено внимание настабилизацию фазы в течение 5 недель в феврале − марте 2014 и последовавшеезатем резкое изменение фазы на  (Рисунок 3.38). Как показано выше, такоеповедениефазынаблюдаетсяприподготовкеиреализациисильногоземлетрясения. В данном случае речь идет о землетрясении 10 марта 2014 г. 14:32ML=5.0( = 52.06с.ш., = 157.83в.д.,H = 136 км),произошедшемнаэпицентральном расстоянии 117 км от станции “Начики”, что меньше предельногорасстояния для такой магнитуды (см. раздел 3.3.1).Рисунок 3.38 − Сопоставление временного хода фазового сдвига  приливнойкомпоненты ВСШ при узкополосной (f = 30 Гц) (точки) и широкополосной(сплошная линия) регистрации относительно приливной волны O1. Стрелкауказывает на время землетрясения 10 марта 2014 г.

Характеристики

Список файлов диссертации