基于地声发射动态特性观测结果的近地表沉积岩状态估算方法

Ю.И. Сенкевич, Михаил Андреевич Мищенко
{"title":"基于地声发射动态特性观测结果的近地表沉积岩状态估算方法","authors":"Ю.И. Сенкевич, Михаил Андреевич Мищенко","doi":"10.26117/2079-6641-2023-45-4-109-121","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"В ИКИР ДВО РАН проводится мониторинг состояния приверхностных осадочных пород по результатам обработки и анализа сигнала геоакустической эмиссии (ГАЭ). Рассматривается изменение во времени характеристик сигнала ГАЭ, таких как длительность импульсов и разнообразие их амплитудно-фазовой модуляции в скользящем временном окне различной ширины. Ранее была обнаружена связь между степенью напряженно-деформированного состояния осадочных пород и интенсивностью импульсного потока в сигнале геоакустической эмиссии. На данном этапе проведенных исследований представлена вероятностная модель формирования сигнала ГАЭ, которая позволяет описать изменения состояния приповерхностных осадочных пород на основе динамики распределений амплитуды и длительности геоакустических импульсов. Таким образом, изменение динамических характеристик сигнала ГАЭ можно рассматривать в качестве индикатора активизации деформационных процессов в пункте наблюдений. Представление характеристик сигнала ГАЭ в виде трехмерных изображений статистических распределений амплитуды и длительности импульсов, размещаемых на графике через установленные временные интервалы, позволяет выделять аномальные участки сигнала и проводить их классификацию. Конечной целью проводимых исследований является разработка методов анализа наблюдаемых аномалий характеристик сигнала ГАЭ в интересах обнаружения их связи с вероятностью возникновения землетрясений. В перспективе это позволит осуществлять привязку обнаруживаемых аномалий с определенными сейсмическими событиями, а также отличать их от аномалий, возникающих под воздействием климатических и сезонных факторов.\n The technology of observations of the near-surface sedimentary rock state is developed and realized in IKIR FEB RAS since 2003. It is based on the results of geoacoustic emission signal processing and analysis. The relation between the degree of stress-strain state of sedimentary rocks and pulse flux intensity in geoacoustic emission signal has been discovered before. Continuous measurements of geoacoustic emission pulse flux intensity, pulse form and their distributions are carried out. The final aim of the investigations is the development of methods for analysis of the observed anomalies of geoacoutic emission signal characteristics to detect their relation with the probability of earthquake occurrences. At the current stage of the research, a probabilistic model of GAE signal formation in the near-surface sedimentary rocks at the reception site is presented. The model makes it possible to describe the changes in the nearsurface sedimentary rocks state based on the results of estimations of the changeability of pulse duration distribution pattern and that of their amplitudes taking into account the update of the model for signal formation at the receiving device input. The results of computational experiments with natural signals of geoacoustic emission, confirming the changes made in the model of GAE signal formation. Implementation of the research results into the observation practice makes it possible to improve the quality of real-time observations of the changes in the near-surface sedimentary rock state without expensive and laborious methods of direct measurements. Time changes in the following characteristics of GAE are considered: changes in pulse duration and diversity of their amplitude-phase modulation in a moving time window of different duration. The result is achieved by visual representation of GAE signal characteristics in the form of three-dimensional images of statistical distributions of pulse duration and amplitudes mapped on a graph at defined time intervals. Such a representation allows one to see the occurring anomalies in GAE signal characteristics parameters and to classify the observed anomalies. In the future, that will allow to connect the detected anomalies with certain seismic events and to distinguish them from the anomalies occurring under climatic and seasonal factors impact.","PeriodicalId":200421,"journal":{"name":"Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки","volume":"145 1‐2","pages":""},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2023-12-16","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"Method for Estimation of Near-Surface Sedimentary Rock State Based on the Results of Observations of Geoacoustic Emission Dynamic Characteristics\",\"authors\":\"Ю.И. Сенкевич, Михаил Андреевич Мищенко\",\"doi\":\"10.26117/2079-6641-2023-45-4-109-121\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"В ИКИР ДВО РАН проводится мониторинг состояния приверхностных осадочных пород по результатам обработки и анализа сигнала геоакустической эмиссии (ГАЭ). Рассматривается изменение во времени характеристик сигнала ГАЭ, таких как длительность импульсов и разнообразие их амплитудно-фазовой модуляции в скользящем временном окне различной ширины. Ранее была обнаружена связь между степенью напряженно-деформированного состояния осадочных пород и интенсивностью импульсного потока в сигнале геоакустической эмиссии. На данном этапе проведенных исследований представлена вероятностная модель формирования сигнала ГАЭ, которая позволяет описать изменения состояния приповерхностных осадочных пород на основе динамики распределений амплитуды и длительности геоакустических импульсов. Таким образом, изменение динамических характеристик сигнала ГАЭ можно рассматривать в качестве индикатора активизации деформационных процессов в пункте наблюдений. Представление характеристик сигнала ГАЭ в виде трехмерных изображений статистических распределений амплитуды и длительности импульсов, размещаемых на графике через установленные временные интервалы, позволяет выделять аномальные участки сигнала и проводить их классификацию. Конечной целью проводимых исследований является разработка методов анализа наблюдаемых аномалий характеристик сигнала ГАЭ в интересах обнаружения их связи с вероятностью возникновения землетрясений. В перспективе это позволит осуществлять привязку обнаруживаемых аномалий с определенными сейсмическими событиями, а также отличать их от аномалий, возникающих под воздействием климатических и сезонных факторов.\\n The technology of observations of the near-surface sedimentary rock state is developed and realized in IKIR FEB RAS since 2003. It is based on the results of geoacoustic emission signal processing and analysis. The relation between the degree of stress-strain state of sedimentary rocks and pulse flux intensity in geoacoustic emission signal has been discovered before. Continuous measurements of geoacoustic emission pulse flux intensity, pulse form and their distributions are carried out. The final aim of the investigations is the development of methods for analysis of the observed anomalies of geoacoutic emission signal characteristics to detect their relation with the probability of earthquake occurrences. At the current stage of the research, a probabilistic model of GAE signal formation in the near-surface sedimentary rocks at the reception site is presented. The model makes it possible to describe the changes in the nearsurface sedimentary rocks state based on the results of estimations of the changeability of pulse duration distribution pattern and that of their amplitudes taking into account the update of the model for signal formation at the receiving device input. The results of computational experiments with natural signals of geoacoustic emission, confirming the changes made in the model of GAE signal formation. Implementation of the research results into the observation practice makes it possible to improve the quality of real-time observations of the changes in the near-surface sedimentary rock state without expensive and laborious methods of direct measurements. Time changes in the following characteristics of GAE are considered: changes in pulse duration and diversity of their amplitude-phase modulation in a moving time window of different duration. The result is achieved by visual representation of GAE signal characteristics in the form of three-dimensional images of statistical distributions of pulse duration and amplitudes mapped on a graph at defined time intervals. Such a representation allows one to see the occurring anomalies in GAE signal characteristics parameters and to classify the observed anomalies. In the future, that will allow to connect the detected anomalies with certain seismic events and to distinguish them from the anomalies occurring under climatic and seasonal factors impact.\",\"PeriodicalId\":200421,\"journal\":{\"name\":\"Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки\",\"volume\":\"145 1‐2\",\"pages\":\"\"},\"PeriodicalIF\":0.0000,\"publicationDate\":\"2023-12-16\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"0\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-45-4-109-121\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"\",\"JCRName\":\"\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.26117/2079-6641-2023-45-4-109-121","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0

摘要

俄罗斯科学院远东分院地球物理研究所根据地质声发射(GAE)信号的处理和分析结果,对近地表沉积岩的状态进行了监测。研究考虑了地声发射信号特征的时间变化,如脉冲持续时间及其在不同宽度的滑动时间窗口中的幅度-相位调制变化。早些时候,研究人员发现了沉积岩应力应变状态程度与地质声发射信号中脉冲流强度之间的关系。在现阶段进行的研究中,提出了地声发射信号形成的概率模型,该模型可以根据地声脉冲的振幅和持续时间的动态分布来描述近地表沉积岩状态的变化。因此,GAE 信号动态特征的变化可被视为观测点变形过程启动的指标。以三维图像的形式表示 GAE 信号特征,即在固定的时间间隔内将脉冲的振幅和持续时间的统计分布置于图形上,可以识别信号的异常区域并对其进行分类。正在进行的研究的最终目标是开发分析观测到的 GAE 信号特征异常的方法,以探测它们与地震发生概率的关系。今后,这将有可能把探测到的异常现象与某些地震事件联系起来,并将它们与受气候和季节因素影响而产生的异常现象区分开来。近地表沉积岩状态观测技术是 IKIR FEB RAS 于 2003 年开发并实现的。该技术以地质声发射信号处理和分析结果为基础。沉积岩的应力应变状态程度与地质声发射信号中脉冲通量强度之间的关系早有发现。对地质声发射脉冲通量强度、脉冲形式及其分布进行了连续测量。研究的最终目的是制定方法,对观测到的地质声发射信号特征异常进行分析,检测它们与地震发生概率的关系。在现阶段的研究中,提出了在接收地点近地表沉积岩中形成 GAE 信号的概率模型。该模型可根据脉冲持续时间分布模式及其振幅的可变性估算结果来描述近地表沉积岩状态的变化,同时考虑到接收装置输入端信号形成模型的更新。地质声发射自然信号的计算实验结果,证实了地质声发射信号形成模型的变化。将研究成果应用到观测实践中,可以提高对近地表沉积岩状态变化的实时观测质量,而无需昂贵而费力的直接测量方法。研究考虑了 GAE 以下特征的时间变化:脉冲持续时间的变化及其在不同持续时间的移动时间窗口中的幅相调制多样性。结果是以三维图像的形式直观地显示 GAE 信号的特征,这些图像是脉冲持续时间和振幅的统计分布,并以规定的时间间隔映射在图表上。通过这种表示方法,人们可以看到 GAE 信号特征参数中出现的异常情况,并对观察到的异常情况进行分类。今后,这将有助于把探测到的异常现象与某些地震事件联系起来,并将它们与受气候和季节因素影响而出现的异常现象区分开来。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Method for Estimation of Near-Surface Sedimentary Rock State Based on the Results of Observations of Geoacoustic Emission Dynamic Characteristics
В ИКИР ДВО РАН проводится мониторинг состояния приверхностных осадочных пород по результатам обработки и анализа сигнала геоакустической эмиссии (ГАЭ). Рассматривается изменение во времени характеристик сигнала ГАЭ, таких как длительность импульсов и разнообразие их амплитудно-фазовой модуляции в скользящем временном окне различной ширины. Ранее была обнаружена связь между степенью напряженно-деформированного состояния осадочных пород и интенсивностью импульсного потока в сигнале геоакустической эмиссии. На данном этапе проведенных исследований представлена вероятностная модель формирования сигнала ГАЭ, которая позволяет описать изменения состояния приповерхностных осадочных пород на основе динамики распределений амплитуды и длительности геоакустических импульсов. Таким образом, изменение динамических характеристик сигнала ГАЭ можно рассматривать в качестве индикатора активизации деформационных процессов в пункте наблюдений. Представление характеристик сигнала ГАЭ в виде трехмерных изображений статистических распределений амплитуды и длительности импульсов, размещаемых на графике через установленные временные интервалы, позволяет выделять аномальные участки сигнала и проводить их классификацию. Конечной целью проводимых исследований является разработка методов анализа наблюдаемых аномалий характеристик сигнала ГАЭ в интересах обнаружения их связи с вероятностью возникновения землетрясений. В перспективе это позволит осуществлять привязку обнаруживаемых аномалий с определенными сейсмическими событиями, а также отличать их от аномалий, возникающих под воздействием климатических и сезонных факторов. The technology of observations of the near-surface sedimentary rock state is developed and realized in IKIR FEB RAS since 2003. It is based on the results of geoacoustic emission signal processing and analysis. The relation between the degree of stress-strain state of sedimentary rocks and pulse flux intensity in geoacoustic emission signal has been discovered before. Continuous measurements of geoacoustic emission pulse flux intensity, pulse form and their distributions are carried out. The final aim of the investigations is the development of methods for analysis of the observed anomalies of geoacoutic emission signal characteristics to detect their relation with the probability of earthquake occurrences. At the current stage of the research, a probabilistic model of GAE signal formation in the near-surface sedimentary rocks at the reception site is presented. The model makes it possible to describe the changes in the nearsurface sedimentary rocks state based on the results of estimations of the changeability of pulse duration distribution pattern and that of their amplitudes taking into account the update of the model for signal formation at the receiving device input. The results of computational experiments with natural signals of geoacoustic emission, confirming the changes made in the model of GAE signal formation. Implementation of the research results into the observation practice makes it possible to improve the quality of real-time observations of the changes in the near-surface sedimentary rock state without expensive and laborious methods of direct measurements. Time changes in the following characteristics of GAE are considered: changes in pulse duration and diversity of their amplitude-phase modulation in a moving time window of different duration. The result is achieved by visual representation of GAE signal characteristics in the form of three-dimensional images of statistical distributions of pulse duration and amplitudes mapped on a graph at defined time intervals. Such a representation allows one to see the occurring anomalies in GAE signal characteristics parameters and to classify the observed anomalies. In the future, that will allow to connect the detected anomalies with certain seismic events and to distinguish them from the anomalies occurring under climatic and seasonal factors impact.
求助全文
通过发布文献求助,成功后即可免费获取论文全文。 去求助
来源期刊
自引率
0.00%
发文量
0
×
引用
GB/T 7714-2015
复制
MLA
复制
APA
复制
导出至
BibTeX EndNote RefMan NoteFirst NoteExpress
×
提示
您的信息不完整,为了账户安全,请先补充。
现在去补充
×
提示
您因"违规操作"
具体请查看互助需知
我知道了
×
提示
确定
请完成安全验证×
copy
已复制链接
快去分享给好友吧!
我知道了
右上角分享
点击右上角分享
0
联系我们:info@booksci.cn Book学术提供免费学术资源搜索服务,方便国内外学者检索中英文文献。致力于提供最便捷和优质的服务体验。 Copyright © 2023 布克学术 All rights reserved.
京ICP备2023020795号-1
ghs 京公网安备 11010802042870号
Book学术文献互助
Book学术文献互助群
群 号:481959085
Book学术官方微信