По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

Применение метода эмпирической модовой декомпозиции для обработки результатов деформографических измерений

Фомин Ю.Н. начальник сектора, Сибирский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук», Новосибирск
Жмудь В.А. заведующий кафедрой автоматики НГТУ, профессор, д-р техн. наук, Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Институт лазерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия
Семибаламут В.М. канд. физ.-мат. наук, директор, Сибирский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук», Новосибирск, Россия
Терешкин Д.О. ведущий электроник, Сибирский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук», г. Новосибирск
Панов С.В. ст. научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск
Димитров Л.В. профессор, Технический университет Софии, машиностроительный факультет, София, Болгария

Проведение деформографических исследований обусловлено необходимостью восполнить недостаток информации о предвестниках землетрясений и, как следствие, отсутствием надежных методов по их прогнозу. Особенно остро этот недостаток ощутим в Прибайкалье, где недостаточная техническая оснащенность имеющихся геодинамических полигонов не позволяет достигнуть достаточно достоверных результатов по выявлению предвестников землетрясений. Создание автоматизированной высоконадежной лазерной измерительной аппаратуры является первостепенным условием при организации сети пунктов лазерных деформографических пунктов наблюдений по выявлению ранних физических предвестников землетрясений и решения прикладных задач инженерной сейсмологии. В статье рассматривается возможность применения метода эмпирической модовой декомпозиции для обработки данных, полученных в результате использования лазерного измерителя деформаций скальных пород, который разработан Институтом лазерной физики СО РАН и применяется в обсерватории «Талая» в районе Байкальской рифтовой зоны. Приводятся результаты применения этого метода к реальным данным.

Литература:

1. Norden E. Huang, Samuel S.P. Shen, The HilbertHuang transform and its applications. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 5 Toh Tuck.Link, Singapore 596224

2. Huang, N.E., Z. Shen, S.R. Long, M.C. Wu, H.H. Shih, Q. Zheng, N.-C. Yen, С.C. Tung, and H.H. Liu: The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis. Proc. R. Soc. London, Ser. A, 454, 903–995, 1998.

3. Z. Wu and N.E. Huang, “Ensemble empirical mode decomposition:A noise-assisted data analysis method,” Advances in Adaptive Data Analysis, vol. 1, no. 1, pp. 1–41, 2009.

4. Орлов В.А., Панов С.В., Парушкин М.Д., Фомин Ю.Н. О связи сейсмичности земли с солнечной активностью по результатам прецизионных деформографических наблюдений. – Геодинамика и напряженное состояние недр Земли, 2008. – С. 31–40.

5. Орлов В.А., Панов С.В., Парушкин М.Д., Фомин Ю.Н. Солнечная активность, колебания внутреннего ядра земли, общепланетарная сейсмичность. – Геодинамика внутриконтинентальных орогенов и геоэкологические проблемы. Cборник материалов четвертого международного симпозиума, 15–20 июня 2008 года. Москва, 2009.– С. 321–326. 6/ Орлов В.А., Панов С.В., Парушкин М.Д., Фомин Ю.Н., Токмолдин С.Ж., Невмержитский И.С., Узбеков Н.Б., Терешкин Д.О. Пространственно разнесенные высокочувствительные лазерные деформографические наблюдения в изучении сверхдлиннопериодных колебаний земли», Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды Всероссийской конференции, посвященной 80-летию академика М.В. Курлени (с участием иностранных ученых): в 2 томах; Институт горного дела СО РАН. –2011. – С. 145–150.

7. Орлов В.А., Парушкин М.Д. Явление суточной повторяемости возбуждения шума в сигналах лазерного деформографа, Интерэкспо Гео-Сибирь. – 2012. – Т. 2. – № 3. – С. 124–130.

8. Thomas Jahr, Corinna Kroner, Andrea Lippmann, Strainmeters at Moxa observatory, Germany // Journal of Geodynamics 41 (2006) 205–212.

9. Melchior P., 1983. The tides of the planet Earth, 2nd ed. Pergamon Press, Oxford, 641 pp.

10. Dehant V, Defraigne P, Wahr J., 1999, Tides for a convective Earth. // J. Geoph. Res., 104, B1, P. 1035–1058.

11. Ducarme B., Venedikov A. P., Arnoso J., Vieira R., 2004, Determination of the long period tidal waves in the GGP superconducting gravity data. // J. of Geodynamics, 38, P. 307–324.

12. Ducarme B., Vandercoilden L., Venedikov A.P., 2006. The analysis of LP waves and polar motion effects by ETERNA and VAV methods. // Bulletin Inf. Marées Terrestres, 141, P. 11201–11210.

13. B. Ducarme, V.Yu. Timofeev, M. Everaerts, P.Y. Gornov, V.A. Parovishnii, M. van Ruymbeke. A TransSiberian Tidal Gravity Profile (TSP) for the validation of the ocean tides loading corrections. // Journal of Geodynamics, v. 45, N.2–3, 2008, P.73– 82.

14. Wenzel H.G., 1996, The nanogal software: earth tide data processing package ETERNA 3.30. // Bull. Inf. Maréees Terrestres, 124, P. 9425-9439.

15. Timofeev V. Y., Ardyukov D. G., Gribanova E. I., van Ruymbeke M., Ducarme B., 2009, Tidal and long-period variations observed with tiltmeters, extensometers and well-sensor (Baikal rift, Talaya station). Bull. Inf. Marées Terrestres, 135 p.

16. V.A. Zhmud, V.M. Semibalamut, L.V. Dimitrov, A.V. Taichenachev. Heterodyne Signal Filtering for Laser Measuring Systems. 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference “Informatics, Geoinformatics and remote sensing” SGEM 2018. Conference proceedings. Vol.18. Issue 2.2. Informatics, Geoinformatics. Albena, Bulgaria. P. 227–234. ISBN 978-619-7408-40-9. ISSN 13142704. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2.

17. V.A. Zhmud, V.M. Semibalamut, L.V. Dimitrov, A.V. Taichenachev. The Phase Locking System for the Frequency Locking of Lasers for Geoinformatics. 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference “Informatics, Geoinformatics and remote sensing” SGEM 2018. Conference proceedings. Vol.18. Issue 2.2. Informatics, Geoinformatics. Albena, Bulgaria. P. 491–498. ISBN 978-619-7408-40-9. ISSN 1314- 2704. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2.

18. V.A. Zhmud, D.O. Tereshkin. Modelling Researches of the limitations for Fault-Tolerance Measurements of Ultra Small Displacements and Vibrations // Proceedings of the Asian Conference on Modelling, Identifiacation and Control (ASIA-MIC – 2012), P.1-11, DOI:10.2316/P.2012.769-026.

19. Goncharenko A.M., Vasil’ev V.A., Zhmud’ V.A. Method of sensivity rise of laser vibrometers. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing (Avtometria). 2003. 39(2), P. 43–47.

20. V. A. Zhmud, A. M. Goncharenko. Modern problems of high-precision measurements of the phase differences. Proc. of Intern. Conf. “Actual problems of electronic instrument engineering” (APEIE–2016): Novosibirsk, Oct., 3–6, 2016: in 12 V. – V. 1, part 1. – P. 314–318. – ISBN 978-5-7782- 2991-4.

21. Vasil’ev, V.A., Zhmud’, V.A., Il’yanovich, Yu.N., Semibalamut, V.M., Fomin, Yu. N. Detection of the increment of an instantaneous phase in a long-base laser meter of small vibrations. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2002. 45(4), P. 97–100.

22. Modification of software for the control of laser measurer of super small deformations. Zhmud, V., Tereshkin, D. 2013. 8th International Forum on Strategic Technology 2013, IFOST 2013 - Proceedings P. 260–264.

23. Zhmud, V., Semibalamut, V., Dimitrov, L., Taichenachev, A. Modification of optoelectronic intellectual systems for absolute measurements in monitoring of earth seismic dynamics. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2017. 17(21), P. 999–1004.

24. Zhmud, V., Semibalamut, V., Dimitrov, L., Fomin, Y. The increase of the accuracy of the laserbased measurement of ultra-low tidal deformation of rocks. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2017. 17(21), P. 1069-1076.

25. Zhmud, V.; Semibalamut, V.; Dimitrov, L.; et al. Optoelectronic Intellectual Systems for Monitoring of Earth Seismic Dynamics: Results and Developing Directions. Proc. of 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2016): Albena, Bulgaria: Jun 30–Juel 06, 2016. International Multidisciplinary Scientific GeoConference-SGEM. Vol. III. P.567–574.

26. Zhmud, V.; Semibalamut, V.; Dimitrov, L.; et al. Software Structure for the Laser Sensor of Earth Crust Lunar-Solar Tide Deformations. Proc. of: 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2016). Albena, Bulgaria: Jun 30–Juel 06, 2016. International Multidisciplinary Scientific GeoConference-SGEM. Vol. III. P. 615–622.

Лазерные деформографы относятся к интерференционным оптическим измерителям малых перемещений. Создаваемые и эксплуатируемые СИФ ФИЦ ЕГС РАН приборы построены по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона с переносом фазовой информации из оптического диапазона в радиочастотный методом оптического гетеродинирования. Работа измерительного комплекса основана на непрерывной регистрации изменения целой и дробной частей фазы световой волны зондирующего излучения, проходящего оптический путь от измерительного блока до отражателя, укрепленного на исследуемом объекте.

Для реализации гетеродинной схемы измерения малых перемещений в создаваемых деформографах используется разработанный метод синхpонизации излучений лазеров.

Главным достоинством разрабатываемых в СИФ ФИЦ ЕГС РАН лазерных деформографов является то, что для их работы не требуется применение экранировки зондирующего излучения на измерительной трассе. Это достигается благодаря использованию разработанной оригинальной методики компенсации, суть которой состоит в прямых измерениях вариаций длины волны в атмосфере с использованием короткого измерительного плеча постоянной длины (эталона).

Многолетнее использование предложенной методики показало ее высокую эффективность при регистрации деформаций земной коры в условиях подземных горных выработок.

Обсерватория «Талая» расположена в юго-западной части Байкальской складчатой области. Координаты станции: 51° 40’ 48.00» N 103° 38’ 24.00» E. Согласно карте сейсмического районирования, это зона возможных 8–9-балльных землетрясений. Примерно в 10 км севернее станции проходит Главный Саянский разлом, а в 12 км южнее нее находятся разрывные нарушения северо-западного простирания. По данным [1], Главный Саянский разлом постепенно затухает в районе юго-западного Прибайкалья, и его зона дробления не захватывает обсерваторию «Талая». Благодаря использованию наблюдений над большим числом слабых толчков, получена достаточно детальная картина напряженного состояния земной коры в основной части Байкальского рифта. В подавляющем большинстве случаев обнаруживается согласованная ориентация осей напряжений.

Для Цитирования:
Фомин Ю.Н., Жмудь В.А., Семибаламут В.М., Терешкин Д.О., Панов С.В., Димитров Л.В., Применение метода эмпирической модовой декомпозиции для обработки результатов деформографических измерений. КИП и автоматика: обслуживание и ремонт. 2019;9.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: