Seysmik massiv - Seismic array

A seysmik massiv bog'langan tizimdir seysmometrlar zilzila va portlashni aniqlashga nisbatan sezgirlikni oshirish uchun muntazam geometrik shaklda (xoch, doira, to'rtburchaklar va boshqalar) joylashtirilgan. Seysmik massiv mahalliy seysmik stantsiyalar tarmog'idan asosan ma'lumotlarni tahlil qilishda ishlatiladigan texnikasi bilan farq qiladi.^[1] Seysmik massivdagi ma'lumotlar maxsus yordamida olinadi raqamli signallarni qayta ishlash kabi texnikalar nurlanish, shovqinlarni bostiradigan va shu bilan kuchaytiradigan signal-shovqin nisbati (SNR).

Dastlabki seysmik massivlar aniqlashni yaxshilash maqsadida 1950 yillarda qurilgan yadro sinovlari butun dunyo bo'ylab. Ushbu joylashtirilgan massivlarning aksariyati 1990 yillarga qadar tasniflangan. Bugun ular Xalqaro monitoring tizimi (IMS) asosiy yoki yordamchi stantsiyalar sifatida. Seysmik massivlar nafaqat zilzila va yadro sinovlarini kuzatish uchun, balki tabiat va mikrosozizmlarning manbalarini o'rganish, shuningdek ularni aniqlash va kuzatib borish vositasi sifatida ham foydalaniladi. vulqon titrashi va vulkan zonalarida murakkab seysmik to'lqin-maydon xususiyatlarini tahlil qilish.

Maket

Kanadadagi Yellounayf seysmologik massivining (YKA) joylashuvi. Qisqa polosali seysmometrlar ko'k va qizil joylarga, keng polosali seysmometrlar yashil maydonlarga o'rnatiladi.^[1]

Seysmik massivlarni kattaligi bo'yicha tasniflash mumkin, bu massiv bilan belgilanadi diafragma singl orasidagi eng katta masofa bilan berilgan seysmometrlar.

Seysmik massivdagi datchiklar gorizontal ravishda turli geometriya naqshlarida joylashgan. 1960-yillarning boshlarida qurilgan massivlar o'zaro faoliyat (ortogonal chiziqli) yoki L shaklida bo'lgan. Ushbu massivlarning teshiklari 10 dan 25 km gacha. NORES va ARCES kabi zamonaviy seysmik massivlar log-davriy oraliqda joylashgan konsentrik halqalarda joylashgan. Har bir halqa toq sonli seysmometr joylaridan iborat. Qo'ng'iroqlar va diafragma soni tejamkorlik va maqsadga qarab belgilanadigan massivlardan farq qiladi.^[1]

Masalan, NORES dizaynini oling, seysmometrlar 4 ta konsentrik halqalarga joylashtirilgan. 4 halqaning radiusi quyidagicha berilgan:

${ displaystyle R_ {n} = R_ {min} cdot 2.15 ^ {n} (n = 0,1,2,3),}$ ${ displaystyle R_ {min} = 150m}$

Agar ichki halqadagi uchta uchastka Shimoldan 36, 156 va 276 darajaga joylashtirilsa, tashqi halqadagi beshta joy 0, 72, 144, 216 va 288 darajaga joylashtirilishi mumkin. Ushbu dizayn klassi umuman olganda eng yaxshi deb hisoblanadi qator daromad.

Ma'lumotlarni qayta ishlash

Array nurlarini shakllantirish

Seysmik massiv bilan seysmik signalning shovqin-shovqin nisbati (SNR) bitta massiv joylaridan olingan izchil signallarni yig'ish orqali yaxshilanishi mumkin. Davomida eng muhim nuqta nurlanish jarayon eng yaxshi kechikish vaqtini topishdir, bu bilan eng katta natijaga erishish uchun yig'ilishdan oldin bitta izlarni almashtirish kerak amplitudalar signallarning izchil aralashuvi tufayli.

Shimoliy-sharqdan kelib, seysmik massivni kesib o'tuvchi to'lqinlar jabhasi^[1]

Taxminan 10 to'lqin uzunligidan ancha kattaroq manbadan masofalar uchun a seysmik to'lqin qatoriga a ga yaqinlashadi to'lqin jabhasi bu planarga yaqin. Gorizontal tekislikka proyeksiyalangan to'lqin jabhasining yaqinlashish va tarqalish yo'nalishlari Φ va ang burchaklar bilan aniqlanadi.

• Φ Backazimuth (BAZ) = Shimoldan yo'nalishga qarab soat yo'nalishi bo'yicha o'lchangan to'lqinli old tomonga burilish burchagi epitsentri daraja bo'yicha.
• Θ Shimoldan in = Φ ± 180 ° daraja bilan o'lchangan to'lqin jabhasi tarqaladigan yo'nalish.
• d_j Massiv maydoni j va markaziy markaz orasidagi gorizontal masofalar [km].
• s Mutlaq qiymatga ega sekinlik vektori s = 1/ v_ilova
• v_ilova Mutlaq qiymati v bo'lgan ko'rinadigan tezlik vektori_ilova = 1 / s. v_ilova = (v_{ilova, x} , v_{ilova, y} , v_{ilova, z}), qaerda v_{ilova, x} , v_{ilova, y} , v_{ilova, z} massivni kesib o'tuvchi to'lqin jabhasining [km / s] ichida aniq ko'rinadigan tezlik komponentlari.
• v_{ilova, h} Ko'rinadigan tezlikning gorizontal komponentining absolyut qiymati. ${ displaystyle v_ {ilova, h} = { sqrt {v_ {ilova, x} ^ {2} + v_ {ilova, y} ^ {2}}}}$

Ko'p hollarda, balandlik bitta qator saytlari orasidagi farqlar shunchalik kichikki, balandlik farqlari tufayli sayohat vaqtining farqlari ahamiyatsiz. Bunday holda, biz to'lqinli frontning tarqalishining vertikal komponentini o'lchay olmaymiz. Vaqtni kechiktirish τ_j markaziy sayt 0 va nisbiy koordinatalarga ega j sayt o'rtasida (x_j, y_j)

${ displaystyle tau _ {j} = { frac {d_ {j}} {v_ {ilova, h}}} = { frac {-x_ {j} sin Phi -y_ {j} cos Phi} {v_ {ilova, h}}}}$

Ba'zi hollarda barcha massiv saytlari bitta gorizontal tekislikda joylashgan emas. Vaqt kechikmoqda τ_j mahalliy qobiq tezligiga ham bog'liq (v_v) berilgan sayt ostida j. Τ ni hisoblash_j koordinatalari bilan (x_j, y_j, z_j)

${ displaystyle tau _ {j} = { frac {-x_ {j} sin Phi -y_ {j} cos Phi} {v_ {app, h}}} + { frac {z_ {j} cos Phi} {v_ {c}}}}$

Ikkala holatda ham vektor sintaksisida pozitsiya vektori bilan yozilishi mumkin ${ displaystyle r_ {j}}$ va sekinlik vektori ${ displaystyle s_ {j}}$:

${ displaystyle tau _ {j} = r_ {j} cdot s_ {j}}$

W qilaylik_j(t) t vaqtidagi j joydan seysmometrning raqamli namunasi bo'lsa, u holda butun massiv nurlari quyidagicha aniqlanadi

${ displaystyle b (t) = { frac {1} {M}} sum _ {j = 1} ^ {M} w_ {j} (t + tau _ {j})}$

Agar seysmik to'lqinlar shovqinsiz, bir xil joyning javoblari bilan va susaytirmasdan harmonik to'lqinlar S (t) bo'lsa, u holda yuqoridagi operatsiya S (t) signalini aniq takrorlaydi, haqiqiy ma'lumotlar w (t) fon shovqinlari yig'indisi n ( t) plyus qiziqish signali S (t), ya'ni w (t) = S (t) + n (t). Signal izchil va susaymagan deb hisoblasak, M kuzatuvlari yig'indisini va shu bilan birga biz oladigan shovqinni hisoblab chiqamiz.

${ displaystyle B (t) = M cdot S (t) + sum _ {j = 1} ^ {M} n_ {j} (t + tau _ {j})}$

Shovqin n_j(t) o'rtacha amplituda taqsimotga ega, o'rtacha nolga va dispersiyasi σ ga teng² barcha saytlarda, keyin yig'indidan keyin shovqinning o'zgarishi ${ displaystyle sigma _ {s} ^ {2} = M sigma ^ {2}}$ va standart og'ish ${ displaystyle { sqrt {M}} sigma ^ {2}}$. Bu shovqinning standart og'ishi ko'paytirilishini anglatadi ${ displaystyle { sqrt {M}}}$ izchil signal esa ko'paytiriladi ${ displaystyle M}$. SNRni nurlanish orqali nazariy jihatdan takomillashtirish (aka qator daromad ) bo'ladi ${ displaystyle G = { sqrt {M}}}$ M saytlarini o'z ichiga olgan qator uchun.^[1]

N-chi ildiz jarayoni

N-chi ildiz jarayoni nurlanish jarayonida SNRni kuchaytirishning chiziqli bo'lmagan usuli hisoblanadi. Yagona seysmik izlarni sarhisob qilishdan oldin N-chi ildiz belgi ma'lumotlarini saqlagan har bir iz uchun hisoblanadi. signum {w_j(t)} - ​​bu haqiqiy namuna belgisiga qarab -1 yoki +1 sifatida aniqlangan funktsiya_j(t). N - bu analitik tomonidan tanlanishi kerak bo'lgan butun son

${ displaystyle B_ {N} (t) = sum _ {j = 1} ^ {M} { sqrt [{N}] {n_ {j} (t + tau _ {j})}} cdot signum {w_ {j} (t) }}$

Bu erda funktsiyaning qiymati ${ displaystyle signum {w_ {j} (t) }}$ haqiqiy namuna w ga qarab ± 1 sifatida aniqlanadi_j(t). Ushbu yig'indidan keyin nurni N kuchiga ko'tarish kerak

${ displaystyle b (t) = | B_ {N} (t) | ^ {N} cdot signum {w_ {j} (t) }}$

N-chi ildiz jarayoni birinchi marta 1976 yilda K. J. Muirxed va Ram Dattin tomonidan taklif qilingan.^[2] N-chi ildiz jarayoni bilan o'zaro bog'liq bo'lmagan shovqinni bostirish chiziqli nurlanishdan yaxshiroqdir. Shu bilan birga, u signalning amplitudalaridan yuqori bo'lgan izchilligini tortadi, bu esa buzilishini keltirib chiqaradi to'lqin shakllari.

Vaznli stek usullari

Shimmel va Polssen 1997 yilda yana bir chiziqli bo'lmagan stacklash texnikasini joriy etishdi^[3] mos kelmaydigan shovqinni kamaytirish orqali signallarni kuchaytirish uchun, bu N-chi ildiz jarayoniga qaraganda kichikroq to'lqin shaklining buzilishini ko'rsatadi. Kennettdan foydalanishni taklif qildi o'xshashlik 2000 yilda tortish funktsiyasi sifatida signal^[4] va shunga o'xshash qarorga erishdi.

Osonlik bilan amalga oshiriladigan vaznli stek usuli bu nurlanishdan oldin massivning bitta joylari amplitudalarini ushbu saytda signal SNR bilan tortish bo'lishi mumkin, ammo bu to'g'ridan-to'g'ri massiv bo'ylab signallarning izchilligini ishlatmaydi. Barcha tortilgan stack usullari tezlikni sekinlik o'lchamlarini oshirishi mumkin spektrni tahlil qilish.

Ikki tomonlama nurlanish texnikasi

Zilzilalar klasteri seysmik koda ichidagi izchil signallarni tahlil qilish uchun manba qatori sifatida ishlatilishi mumkin. Natijada, bu g'oya Krüger va boshqalar tomonidan kengaytirildi. 1993 yilda taniqli manbalardan olingan seysmik massiv ma'lumotlarini "ikki nurli usul" deb nomlangan usul bilan tahlil qilish orqali.^[5] Ikkala massivni bitta tahlilga birlashtirib, kichik amplituda signallar uchun rezolyutsiya va SNRni yanada oshirish uchun o'zaro ta'sir printsipi manba va qabul qiluvchi massivlarida qo'llaniladi.

Massiv uzatish funktsiyasi

Massivni uzatish funktsiyasi turli xil chastotali va sekinliklarga ega seysmik signallarga nisbatan sezgirlik va aniqlikni tavsiflaydi. Massiv bilan biz to'lqinlarni kuzatish imkoniyatiga egamiz ${ displaystyle k = 2 pi / lambda = 2 pi cdot f cdot s}$ uning chastotasi f va sekinligi s bilan aniqlangan ushbu to'lqinning. Vaqt-domen paytida analog-raqamli konversiya vaqt domenida taxallus effektlarini berishi mumkin, fazoviy namuna olish to'lqinlar sonining domenida yumshatuvchi effektlarni berishi mumkin. Shunday qilib, seysmik signallarning to'lqin uzunligi diapazoni va har xil to'lqin uzunliklarida sezgirligi taxmin qilinishi kerak.^[1]

A mos yozuvlar uchastkasidagi w signal va w signal o'rtasidagi farq_n har qanday boshqa A sensorida_n datchiklarga kelganlar orasidagi sayohat vaqti. Tekis to'lqin uning sekinlik vektori s bilan aniqlanadi_o

${ displaystyle w_ {n} (t) = w (t-r_ {n} cdot s_ {0})}$, qayerda ${ displaystyle r_ {n}}$ n saytning pozitsion vektori

S sustligi uchun seysmik signal uchun M datchiklari bo'lgan massivning eng yaxshi nurlari_o sifatida belgilanadi

${ displaystyle b (t) = { frac {1} {M}} sum _ {j = 1} ^ {M} w_ {j} (t + r_ {j} cdot s_ {0})}$

Agar s sekinlik bilan signal uchun barcha vaqt siljishlarini hisoblasak_o har qanday sekinlik s ga nisbatan hisoblangan nur bo'ladi

${ displaystyle b (t) = { frac {1} {M}} sum _ {j = 1} ^ {M} w_ {j} (t + r_ {j} cdot (s_ {0} -s) ))}$

Ushbu nurning seysmik energiyasini kvadrat amplituda birlashtirish orqali hisoblash mumkin

${ displaystyle E (t) = int _ {- infty} ^ { infty} b ^ {2} (t) dt = int _ {- infty} ^ { infty} [{ frac {1 } {M}} sum _ {j = 1} ^ {M} w_ {j} (t + r_ {j} cdot (s_ {0} -s))] ^ {2} dt}$

Ushbu tenglamani chastota domenida yozish mumkin ${ displaystyle { bar {w}} ( omega)}$ bo'lish Furye konvertatsiyasi to'lqinlar sonining vektori k = ω⋅ s ta'rifidan foydalanib, w (t) seysmogrammasi

${ displaystyle E ( omega, k_ {0} -k) = { frac {1} {2 pi}} int _ {- infty} ^ { infty} | { bar {w}} ( omega) | ^ {2} cdot | C (k_ {0} -k) | ^ {2} d omega}$, qayerda ${ displaystyle C (k_ {0} -k) = { frac {1} {M}} sum _ {j = 1} ^ {M} e ^ {iwr_ {j} (k_ {0} -k) }}$

Ushbu tenglama massivning uzatish funktsiyasi deb ataladi. Agar sekinlik farqi nolga teng bo'lsa, omil ${ displaystyle | C (k_ {0} -k) | ^ {2}}$ 1.0 ga aylanadi va massiv ushbu sekinlik uchun maqbul tarzda sozlangan. Boshqa sekinlik bilan tarqaladigan boshqa barcha energiya bostiriladi.^[1]

Sekin-asta taxmin qilish

Sekinlikni baholash - bu turli xil sekinlik vektorlari bilan nurlarni hosil qilish va amplitudalarni yoki kuchini taqqoslash va v ni qidirib eng yaxshi nurni aniqlash masalasidir._ilova va nurda eng yuqori energiya bilan backazimut kombinatsiyasi.

f-k tahlil

Sekinlikni taxmin qilish uchun chastotali to'lqinlarni tahlil qilish massivni qayta ishlashda mos yozuvlar vositasi sifatida ishlatiladi. Ushbu usul 1969 yilda Kapon tomonidan taklif qilingan^[6] va 1980 yillarda keng polosali tahlil, maksimal ehtimolliklarni baholash texnikasi va uch komponentli ma'lumotlarni o'z ichiga olgan holda yanada rivojlandi.^[7]

Uslubiyat seysmik to'lqinlarning tarqalishining deterministik, davriy bo'lmagan xususiyatidan foydalanib, signallarning chastota-to'lqin spektrini hisoblash orqali ko'p o'lchovli Furye konvertatsiyasi. Monoxromatik tekislik to'lqini w (x, t) tenglama bo'yicha x yo'nalishi bo'yicha tarqaladi

${ displaystyle w (x, t) = Ae ^ {i2 pi (f_ {0} t-k_ {0} x)}}$

Sifatida chastota domenida qayta yozish mumkin

${ displaystyle W (k_ {x}, f) = A delta (f-f_ {0}) delta (k_ {x} -k_ {0})}$

Bu chastota-to'lqinli sonli domendagi monoxromatik tekislik to'lqinini koordinatalari (f, k) bo'lgan nuqtaga xaritalash imkoniyatini taklif qiladi._x) = (f₀, k₀).

Amalda, f-k tahlillari chastota domenida amalga oshiriladi va printsipial ravishda bir necha xil sekinlik qiymatlari uchun chastota domenida nurlanishni aks ettiradi. Da NORSAR -0.4 dan 0.4 s / km gacha bo'lgan sekinlik ko'rsatkichlari 51 dan 51 ballgacha teng masofada ishlatiladi. Ushbu nuqtalarning har biri uchun yorug'lik kuchi baholanadi va quvvat ma'lumotlari bilan teng ravishda 2601 ballni tashkil qiladi.^[8]

Beampacking

NORSARda mintaqaviy fazalarni f-k tahlilini katta massiv ma'lumotlariga qo'llash uchun beampacking sxemasi ishlab chiqilgan.^[8] Ushbu algoritm sekinlik nuqtalarining oldindan aniqlangan panjarasi orqali vaqt domeni nurlanishini amalga oshiradi va nur kuchini o'lchaydi.

Amalda beampacking jarayoni chastota domenidagi f-k tahliliga o'xshash sekinlik bahosini beradi. F-k jarayoni bilan taqqoslaganda, beampacking jarayoni maksimal quvvat uchun biroz torayib boradi (taxminan 10%).

Samolyot to'lqinlarini o'rnatish

Sekinlikni baholashning yana bir usuli bu anarraydagi barcha asboblar uchun birinchi boshlanish vaqtlarini yoki bir xil fazaning (bir xil tsiklning) boshqa keng tarqalgan farqlanadigan qismlarini sinchkovlik bilan tanlashdir.^[1] T ga ruxsat bering_men i saytida tanlangan kelish vaqti va t_ref ma'lumotnoma saytiga kelish vaqti bo'ling, keyin τ_men = t_men - t_ref i saytida kuzatilgan vaqt kechikishidir. M uchastkalarida tekislik to'lqinini kuzatamiz. M With bilan 3. Gorizontal komponentlar (lar)_x, s_y) sekinlik vektorini s bilan baholash mumkin

${ displaystyle { hat {s}} = { underset {s} {min}} sum _ {j = 1} ^ {M} ( tau _ {j} -r_ {j} cdot s) ^ {2}}$

Samolyot to'lqinlarini o'rnatish interaktiv tahlilchi ishini talab qiladi. Biroq, vaqtni avtomatik ravishda yig'ib olish va shu tariqa sekinlik bilan hisoblashni avtomatik ravishda taqdim etish o'zaro bog'liqlik yoki shunchaki yig'ish tepalik amplitudasi vaqt oralig'ida oynadan foydalanish mumkin.^[9] Kerakli hisob-kitoblar miqdori tufayli tekis to'lqinli moslama kamroq sonli saytlarga ega bo'lgan massivlar yoki subarray konfiguratsiyalar uchun eng samarali hisoblanadi.

Ilovalar

Dunyo bo'ylab mavjud seysmik massivlar:

YKA

YKA yoki Yellounayf seysmologik massivi - bu yaqinda tashkil etilgan o'rta o'lchamdagi seysmik massiv Yellounayf ichida Shimoli-g'arbiy hududlar, Kanada, 1962 yilda, minalar va texnik tadqiqotlar vazirligi o'rtasida hamkorlik shartnomasida (hozir Tabiiy resurslar Kanada ) va Birlashgan Qirollikning Atom energiyasi idorasi (UKAEA ) ning maqsadga muvofiqligini tekshirish teleseymik yadro portlashlarini aniqlash va aniqlash. Hozirgi vaqtda YKA 2,5 km uzunlikdagi diafragma shaklidagi xoch shaklidagi 19 ta qisqa muddatli seysmik datchiklardan va shuningdek, keng seysmik to'lqin chastotalarini aniqlashga qodir asboblari bo'lgan 4 ta keng polosali seysmograf maydonlaridan iborat.^[10]

LASA

Katta diafragma qatorini sozlash NORSAR va kichik diafragma qatori NORES.^[8]

LASA yoki Katta Aperture Seysmik Array bu birinchi yirik seysmik massivdir. U qurilgan Montana, AQSh, 1965 yilda.^[11]

NORSAR

NORSAR yoki Norvegiya seysmik massivi tashkil etilgan Kjeller, Norvegiya 1968 yilda Norvegiya-AQSh zilzilalari va yadro portlashlarini aniqlash bo'yicha kelishuv doirasida. 1999 yildan buyon geofanika sohasida mustaqil, foyda keltirmaydigan tadqiqot poydevori hisoblanadi. NORSAR diametri 100 km bo'lgan katta diafragma massivi sifatida qurilgan. Bu dunyodagi eng katta mustaqil massiv.^[8]

NORES va ARCES

NORES - Norvegiyaning janubiy qismida 1984 yilda qurilgan birinchi mintaqaviy seysmik massiv. 1987 yilda Norvegiyaning shimoliy qismida birodar ARCES massivi tashkil etilgan. NORES va ARCES - bu diametri atigi 3 km bo'lgan kichik diafragma massivlari.^[8]

GERES

GERES - bu o'rnatilgan kichik diafragma qatori Bavariya o'rmoni 1988 yilda Germaniya, Avstriya va Chexiyaning chegara uchburchagi yaqinida joylashgan. Radiusi 200m, 430m, 925m va 1988m bo'lgan 4 ta konsentrik halqalarda joylashgan 25 ta seysmik stantsiyalardan iborat.^[12]

SPITS

SPITS - bu juda kichik diafragma qatori Shpitsbergen, Norvegiya. Dastlab u 1992 yilda o'rnatilgan va yangilangan IMS 2007 yilda NORSAR tomonidan standart.^[13]

Shuningdek qarang

• Seysmometr
• Massivni qayta ishlash

Adabiyotlar