Использование кросс-корреляции волновых форм для восстановления…

Использование кросс-корреляции
волновых форм для восстановления афтершоковой последовательности землетрясения
14 августа 2016 года на о. Сахалин

1 Институт динамики геосфер РАН, г. Москва, Россия

2 Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН,
г. Южно-Сахалинск, Россия

3 ООО “Геофизические технологии”, г. Южно-Сахалинск, Россия

4 Институт тектоники и геофизики ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия

Автор для переписки: А.А.Степнов, e-mail: a.stepnov@geophystech.ru

Кросс-корреляция сейсмических волновых форм используется для обнаружения на региональных станциях сигналов от афтершоков землетрясения 14.08.2016 г., ML=6.1, о. Сахалин. Вступления регулярных фаз P- и S-волн ассоциируются с сейсмическими источниками, создавая кросс-корреляционный бюллетень, который сравнивается со стандартным бюллетенем для той же афтершоковой последовательности. Преимущество кросс-корреляционного бюллетеня выражается в большем числе найденных сейсмических событий с тремя и более ассоциированными станциями, понижении порога полноты каталога, а также в более точном определении эпицентров даже самых слабых из афтершоков. Уточненные местоположения афтершоков имеют тенденцию к кластеризации в узкой зоне, соответствующей сегменту Центрально-Сахалинского разлома.

Ключевые слова: кросс-корреляция волновых форм, обнаружение сигналов, афтершоки, о. Сахалин.

Цитируйте эту статью как: Китов И.О., Турунтаев С.Б., Коновалов А.В., Степнов А.А., Пупатенко В.В. Использование кросс-корреляции волновых форм для восстановления афтершоковой последовательности землетрясения 14 августа 2016 года на о. Сахалин // Сейсмические приборы. 2019. Т. 55, № 1. C.59–68. https://doi.org/10.21455/si2019.1-4

Адушкин В.В., Китов И.О., Константиновская Н.Л., Непеина К.С., Нестеркина М.А., Санина И.А. Обнаружение сверхслабых сигналов на малоапертурной сейсмической антенне “Михнево” с помощью кросс-корреляции волновых форм // Докл. РАН. 2015. Т. 460, № 6. С.707–709. https://doi.org/10.7868/S0869565215060158

Адушкин В.В., Китов И.О., Санина И.А. О повышении эффективности обнаружения сигналов методом согласованного фильтра с помощью сейсмической группы трехкомпонентных датчиков // Докл. РАН. 2016. Т. 466, № 1. С.84–87.

Адушкин В.В., Бобров Д.И., Китов И.О., Рожков М.В., Санина И.А. Дистанционное обнаружение афтершоковой эмиссии как новый метод сейсмического мониторинга // Докл. РАН. 2017. Т. 473, № 1. С.83–87. https://doi.org/10.7868/S0869565217070143

Бобров Д.И., Китов И.О., Рожков М.В., Фрайберг П. К глобальному сейсмическому мониторингу подземных ядерных взрывов с использованием кросс-корреляции волновых форм. Часть I. Гранд-мастер-события // Сейсмические приборы. 2015а. Т. 51, № 2. С.5–30.

Бобров Д.И., Китов И.О., Рожков М.В., Фрайберг П. К глобальному сейсмическому мониторингу подземных ядерных взрывов с использованием кросс-корреляции волновых форм. Часть II. Синтетические мастер-события // Сейсмические приборы. 2015б. Т. 51, № 3. С.22–46.

Китов И.О., Санина И.А., Непеина К.С., Константиновская Н.Л. Использование метода согласованного фильтра на малоапертурной сейсмической антенне “Михнево” // Сейсмические приборы. 2014. Т. 50, № 3. С.5–18.

Китов И.О., Волосов С.Г., Кишкина С.Б., Константиновская Н.Л., Непеина К.С., Нестеркина М.А., Санина И.А. Обнаружение региональных фаз объемных сейсмических волн с помощью группы трехкомпонентных датчиков // Сейсмические приборы. 2015. Т. 51, № 2. С.27–45.

Bobrov D., Khukhuudei U., Kitov I., Sitnikov K., Zerbo L. Automated Recovery of the 2012 Sumatera Aftershock Sequence Using Waveform Cross Correlation // Journal of Earth Science and Engineering. 2013a. V. 3. P.437–460.

Bobrov D., Kitov I., Rozhkov M. Wave form cross correlation applied to earthquakes in the Atlantic Ocean // arXiv:1307.0520. 2013b.

Bobrov D., Kitov I., Zerbo L. Perspectives of Cross-Correlation in Seismic Monitoring at the International Data Centre // Pure Appl. Geophys. 2014. V. 171, N 3–5. P.439–468.

Geller R.J., Mueller C.S. Four similar earthquakes in central California // Geophys. Res. Lett. 1980. V. 7, N 10. P.821–824.

Gibbons S.J., Ringdal F. The detection of low-magnitude seismic events using array-based waveform correlation // Geophys. J. Int. 2006. V. 165. P.149–166.

Harris D., Kvaerna T. Super-resolution with seismic arrays using empirical matched field processing // Geophys. J. Int. 2010. V. 182. P.1455–1477. doi: 10.1111/j.1365-246X.2010.04684.x

Harris D.B., Dodge D.A. An Autonomous System for Grouping Events in a Developing Aftershock Sequence // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2011. V. 101, N 2. P.763–774. DOI: 10.1785/0120100103

Israelsson H. Correlation of waveforms from closely spaced regional events // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1990. V. 80, N 6. P.2177–2193.

Konovalov A.V., Stepnov A.A., Safonov D.A., Safonov D.A., Kozhurin A.I., Pavlov A.S., Gavrilov A.V., Manaychev K.A., Tomilev D.Ye., Takahashi H., Ichiyanagi M. The Mw=5.8 14 August 2016 middle Sakhalin earthquake on a boundary between Okhotsk and Eurasian (Amurian) plates // J. Seismol. 2018. V. 22, Issue 4. P.943–955. https://doi.org/10.1007/s10950-018-9744-y

Nadeau R.M., McEvilly T.V. Seismological studies at Parkfield V: Characteristic microearthquake sequences as fault-zone drilling targets // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1997. V. 87, N 6. P.1463–1472.

Richards P., Waldhauser F., Schaff D., Kim W.-Y. The Applicability of Modern Methods of Earthquake Location // Pure Appl. Geophys. 2006. V. 163. P.351–372.

Schaff D. Broad-scale applicability of correlation detectors to China seismicity // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. L11301. https://doi.org/10.1029/2009GL038179

Schaff D. Improvements to detection capability by cross-correlating for similar events: a case study of the 1999 Xiuyan, China, sequence and synthetic sensitivity tests // Geophys. J. Int. 2010. V. 180. P.829–846.

Schaff D.P., Bokelmann G.H.R., Ellsworth W.L., Zanzerkia E., Waldhauser F., Beroza G.C. Optimizing correlation techniques for improved earthquake location // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2004. V. 94. P.705–721.

Schaff D.P., Richards P.G. Repeating seismic events in China // Science. 2004. V. 303. P.1176–1178.

Schaff D., Richards P. On finding and using repeating seismic events in and near China // J. Geophys. Res. 2011. V. 116, B03309. https://doi.org/10.1029/2010JB007895

Schaff D., Richards P. Improvements in magnitude precision using the statistics of relative amplitudes measured by cross correlation // Geophysical Journal. 2014. V. 197. Issue 1. P.335–350.

Schaff D.P., Waldhauser F. Waveform cross-correlation-based differential travel-time measurements at the Northern California seismic network // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95. P.2446–2461.

Schaff D.P., Waldhauser F. One Magnitude Unit Reduction in Detection Threshold by Cross Correlation Applied to Parkfield (California) and China Seismicity // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2010. V. 100, N 6. P 3224–3238. https://doi.org/10.1785/0120100042

Shearer P., Hauksson E., Lin G. Southern California hypocenter relocation with waveform cross-correlation: part 2. Results using source specific station terms and cluster analysis // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95. P.904–915.

Van Trees H.L. Detection, Estimation and Modulation Theory. John Wiley and Sons, 1968.

Waldhauser F., Schaff D. Large-scale cross-correlation based relocation of two decades of Northern California seismicity // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, B08311. https://doi.org/10.1029/2007JB005479

КИТОВ Иван Олегович – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт динамики геосфер Российской академии наук. 119334, Москва, Ленинский проспект, д. 38, корп. 1. Тел.: +7 (909) 651-15-40. E-mail: ikitov@mail.ru

ТУРУНТАЕВ Сергей Борисович – доктор физико-математических наук, директор, Институт динамики геосфер Российской академии наук. 119334, Москва, Ленинский проспект, д. 38, корп. 1. Тел.: +7(916) 120-06-93. E-mail: stur@idg.chph.ras.ru

КОНОВАЛОВ Алексей Валерьевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, директор филиала, Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук. 693023, г. Южно-Сахалинск, ул. Горького, 25; заместитель директора по научным вопросам, Общество с ограниченной ответственностью «Геофизические технологии». 693006, Сахалинская область, г. Южно-Сахалинск, ул. Пуркаева, 116, офис 704 (ТОЦ Меридиан). Тел.: +7 (984) 184-14-86. E-mail: a.konovalov@geophystech.ru

СТЕПНОВ Андрей Александрович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук. 693023, г. Южно-Сахалинск, ул. Горького, 25; заместитель директора по коммерческим вопросам, Общество с ограниченной ответственностью «Геофизические технологии». 693006, Сахалинская область, г. Южно-Сахалинск, ул. Пуркаева, 116, офис 704 (ТОЦ Меридиан). Тел.: +7(914) 757-66-27. E-mail: a.stepnov@geophystech.ru

ПУПАТЕНКО Виктор Викторович – научный сотрудник, Институт тектоники и геофизики Дальневосточного отделения Российской академии наук. 680000, Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, д. 65. E-mail: pvv2.dv.@gmail.com

English Translation: Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online),

Branch, Russian Academy of Sciences (SD FEGI FEB RAS), Yuzhno-Sakhalinsk, Russia

4 Institute of Tectonics and Geophysics of the Far Eastern Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia

Abstract. The cross-correlation of seismic waveforms is used to detect the signals from aftershocks of the earthquake of 08/14/2016 ML = 6.1 on Sakhalin Island at regional stations. The occurrences of the regular P- and S-wave phases are associated with the seismic sources, creating a cross-correlation bulletin that is compared with the standard bulletin for the same aftershock sequence. The advantage of the cross-correlation bulletin is a greater number of the seismic events found with three or more associated stations, a decrease in the catalog completeness threshold, as well as a more accurate determination of the epicenters of even the weakest aftershocks. Refined aftershock locations tend to cluster in a narrow zone corresponding to the western (hanging) side of the Central-Sakhalin Fault, which defines the boundary between the Okhotsk and Eurasian (Amur) plates.

Keywords: seismic waveform cross-correlations, master event, seismic signal detection, aftershocks, Sakhalin Island

KITOV Ivan Olegovich – Doctor of Physics and Mathematics, Leading Researcher, Institute of Geospheres Dynamics, RAS, Moscow, Russia. 119334, Moscow, Leninsky Prospect, 38, building 1. Phone: +7(495) 939-75-82. E-mail: Ikitov@mail.ru

KONOVALOV Alexey Valerievich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Branch Director, Far East Geological Institute of the Far East Branch of the Russian Academy of Science, 693023 Yuzhno-Sakhalinsk, ul. Gorky, 25; Deputy Director for Science, Geophysical Technologies LLC. 693006, Sakhalin Region, Yuzhno-Sakhalinsk, Purkaeva, 116, office 704 (Meridian Merchant Center). E-mail: a.konovalov@geophystech.ru

STEPNOV Andrei Aleksandrovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, senior researcher, Far East Geological Institute of the Far East Branch of the Russian Academy of Science, 693023 Yuzhno-Sakhalinsk, ul. Gorky, 25; Deputy Director for Commercial Affairs, Geophysical Technologies LLC. 693006, Sakhalin Region, Yuzhno-Sakhalinsk, ul. Purkaeva, 116, office 704 (Meridian Merchant Center). E-mail: a.stepnov@geophystech.ru

TURUNTAEV Sergey Borisovich – Doctor of Physics and Mathematics, Director, Institute of Geospheres Dynamics, RAS, Moscow, Russia. 119334, Moscow, Leninsky Prospect, 38, building 1. E-mail: stur@idg.chph.ras.ru

PUPATENKO Victor Victorovich – researcher, Institute of Tectonics and Geophysics of the Far Eastern Science Centre of the Russian Academy of Sciences. 680000, Khabarovsk, Kim Y. Chen Str., 65. E-mail: pvv2.dv.@gmail.com

Cite this article as: Kitov I.O., Turuntaev S.B., Konovalov A.V., Stepnov A.A., Pupatenko V.V. Using waveforms cross correlation to recover aftershock sequence of the August 14, 2016 earthquake on Sakhalin. Seismicheskie Pribory (Seismic Instruments), 2019, Vol. 55, no. 1, pp. 59–68. (in Russian). https://doi.org/10.21455/si2019.1-4

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2020, Volume 56, Issue 1.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. 2019. Том 55. № 1. C.59–68. https://doi.org/10.21455/si2019.1-4