Статистические характеристики фонового поля микросейсмических колебаний

Г. И. Долгих1, С. Г. Долгих1, 2, М. П. Иванов1, 2, ✉, Е. Н. Пелиновский3, 4, 5, Т. Г. Талипова3

1 Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Россия

2 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Россия

3 Институт прикладной физики им. академика А. В. Гапонова-Грехова Российской академии наук, Нижний Новгород, Россия

4 Национальный исследовательский университет – Высшая школа экономики, Нижний Новгород, Россия

5 Нижегородский технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия

✉ e-mail: Ivanov.mp@poi.dvo.ru

Аннотация

Цель. Целью данной работы является изучение статистических характеристик фонового поля микросейсмических колебаний, зарегистрированных с помощью горизонтальных неравноплечих лазерных деформографов, а также оценка отклонений данных от нормального распределения.

Методы и результаты. Для исследования использовались данные двух лазерных деформографов (созданных на основе современных лазерно-интерференционных методов), установленных на морской экспериментальной станции ТОИ ДВО РАН «м. Шульца» (Приморский край). Анализировались данные микродеформаций верхнего слоя земной коры, полученных с помощью лазерных деформографов с длиной измерительного плеча 52,5 м и ориентацией на север – юг и с длиной измерительного плеча 17,5 м и ориентацией на запад – восток. По данным лазерно-интерференционных приборов за 2019–2020 гг. проводился статистический анализ шумового поля микросейсмических колебаний. Рассматриваемый частотный диапазон (0,05–0,5 Гц) охватывает микросейсмы процессов, происходящих как в земле, так и в море (диапазон ветровых волн и волн зыби). Проведен комплексный анализ статистических свойств сигналов, включая оценку коэффициентов асимметрии и эксцесса, и выявлены отклонения от нормального распределения. Для описания плотности функции распределения использован ряд Грама – Шарлье, который соответствует реальным данным с наилучшим коэффициентом корреляции. Эксцесс в обеих компонентах преимущественно положительный, что указывает на вероятность выбросов большой амплитуды.

Выводы. Проведенный анализ позволил количественно оценить отклонения фонового сигнала от нормального распределения и выявить его статистические особенности. Результаты, полученные в ходе исследования, важны для анализа фоновых характеристик микросейсм, отклонения от которых позволяют изучать физические механизмы генерации и взаимодействия океанических, атмосферных и литосферных процессов.

Ключевые слова

микросейсмические колебания, лазерный деформограф, шумовые характеристики, статистические характеристики, коэффициент асимметрии, коэффициент эксцесса, преобразование Фурье, ряд Грама – Шарлье

Благодарности

Данная работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта № 075-15-2024-642 «Исследование процессов и закономерностей возникновения, развития и трансформации катастрофических явлений в океанах и на континентах методами сейсмоакустического мониторинга».

Для цитирования

Статистические характеристики фонового поля микросейсмических колебаний / Г. И. Долгих [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 5. С. 611–630. EDN WCRRTV.

Dolgikh, G.I., Dolgikh, S.G., Ivanov, M.P., Pelinovsky, E.N. and Talipova, T.G., 2025. Statistical Characteristics of the Background Microseismic Field. Physical Oceanography, 32(5), pp. 624-642.

Список литературы

  1. Геофизический полигон «Мыс Шульца» / Г. И. Долгих [и др.] // Вестник ДВО РАН. 2010. № 5. С. 165–169.
  2. Виноградов А. Н., Виноградов Ю. А., Маловичко А. А. Применение сейсмоинфразвукового метода мониторинга природной среды для контроля геодинамического режима в зонах активного освоения недр Карского шельфа и Ямала // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. Т. 4, № 19. С. 22–31.
  3. Ковалев Д. П., Ковалев П. Д. Волны цунами у юго-восточного побережья о. Сахалин, вызванные извержением вулкана Хунга–Тонга–Хунга–Хаапай 15 января 2022 года по наблюдениям донными волнографами // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2024. Т. 79, № 3. 2430901.
  4. Wind waves in the North Atlantic from ship navigational radar: SeaVision development and its validation with the Spotter wave buoy and WaveWatch III / N. Tilinina [et al.] // Earth System Science Data. 2022. Vol. 14, iss. 8. P. 3615–3633. https://doi.org/10.5194/essd-14-3615-2022
  5. Сейсмоакустико-гидрофизический комплекс для мониторинга системы «атмосфера – гидросфера – литосфера» / Г. И. Долгих [и др.] // Приборы и техника эксперимента. 2002. № 3. С. 120–122.
  6. Remote Seismoacoustic Monitoring of Tropical Cyclones in the Sea of Japan / G. Dolgikh [et al.] // Remote Sensing. 2023. Vol. 15, iss. 6. 1707. https://doi.org/10.3390/rs15061707
  7. Dolgikh G., Dolgikh S. Deformation Anomalies Accompanying Tsunami Origination // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9, iss. 10. 1144. https://doi.org/10.3390/jmse9101144
  8. Долгих Г. И., Долгих С. Г. Учет воздействия атмосферного давления на деформацию земной коры // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. Т. 500, № 2. С. 168–172. EDN KNPVPJ. https://doi.org/10.31857/S2686739721100091
  9. Долгих Г. И., Будрин С. С., Долгих С. Г. Преобразования вариаций придонного давления, создаваемого морскими инфрагравитационными волнами, в смещения верхнего слоя земной коры. Количественная оценка // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2024. Т. 516, № 1. С. 433–439. https://doi.org/10.31857/S2686739724050147
  10. Долгих Г. И. Исследование волновых полей океана и литосферы лазерно-интерференционными методами. Владивосток : Дальнаука, 2000. 160 с. EDN VPEMBB.
  11. Observation of deep water microseisms in the North Atlantic Ocean using tide modulations / E. Beucler [et al.] // Geophysical Research Letters. 2015. Vol. 42, iss. 2. P. 316–322. https://doi.org/10.1002/2014GL062347
  12. Le Pape F., Craig D., Bean C. J. How deep ocean-land coupling controls the generation of secondary microseism Love waves // Nature Communications. 2021. Vol. 12. 2332. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22591-5
  13. Tanimoto T., Anderson A. Seismic noise between 0.003 Hz and 1.0 Hz and its classification // Progress in Earth and Planetary Science. 2023. Vol. 10. 56. https://doi.org/10.1186/s40645-023-00587-7
  14. Ocean wave sources of seismic noise / F. Ardhuin [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. Vol. 116, iss. C9. C09004. https://doi.org/10.1029/2011JC006952
  15. Moni A., Craig D., Bean C. J. Separation and location of microseism sources // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40, iss. 12. P. 3118–3122. https://doi.org/10.1002/grl.50566
  16. Anthony R. E., Aster R. C., McGrath D. Links between atmosphere, ocean, and cryosphere from two decades of microseism observations on the Antarctic Peninsula // Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 2017. Vol. 122, iss. 1. P. 153–166. https://doi.org/10.1002/2016JF004098
  17. Multi-instrument observations of microseisms generated by typhoon Kalmaegi (2014) over the Northwestern Pacific / J. Lin [et al.] // Earth and Planetary Science Letters. 2022. Vol. 594. 117746. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117746
  18. Применение лазерных деформографов вертикальной и горизонтальной ориентации в геофизических исследованиях переходных зон / Г. И. Долгих [и др.] // Физика Земли. 2002. № 8. С. 69–73. EDN PKAOJB.
  19. Лазерный нанобарограф и его применение при изучении баро-деформационного взаимодействия / Г. И. Долгих [и др.] // Физика Земли. 2004. № 8. С. 82–90. EDN OXKCPP.
  20. Долгих С. Г., Будрин С. С., Плотников А. А. Лазерный измеритель вариаций давления гидросферы с механической системой компенсации температурного воздействия // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 663–666. https://doi.org/10.7868/S0030157417040153 21 Долгих Г. И., Привалов В. Е. Лазерная физика. Фундаментальные и прикладные исследования. Владивосток : ООО «Рея», 2016. 352 с. EDN YGMWEB.
  21. Сайфуллин Р. Т., Бочкарев А. В. Вычисление коэффициентов асимметрии и эксцесса хроматографических пиков с применением функций Чебышева – Эрмита и рядов Грама – Шарлье // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки. 2020. Т. 28, № 4. С. 89–105.
  22. Montgomery D. C., Runger C. G. Applied Statistics and Probability for Engineers. United States of America : John Wiley & Sons Inc., 2010. 784 p.
  23. Слюняев А. В., Пелиновский Д. Е., Пелиновский Е. Н. Морские волны-убийцы: наблюдения, физика и математика // Успехи физических наук. 2023. Т. 193, № 2. С. 155–181. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.08.039038

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.