Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Статистический анализ геофизических полей

..pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
14.8 Mб
Скачать

191

& ±

чэ

ТО

со ш

ч--л>

А§

ОО

ЯР

о

:s

СО

8 ТО

а

о

орог

йм

MV

ю о *

Ч" 2,07

COIN

оосг>

сосГ

1

С4*

а>с\г

<^ю

ого>

т

ос?

соSo

SS

а

CVJC-

сясо

*=•4*

gs

Й8

S ог*1

СО to

oico

*

цнс\г

•» It

сою

»«1

Ом

йй

МСО

за

О м

k*<0

м«\?

 

где

»t

представляя собой

853

трехмерный АР-процесс со

coco

статистически независимыш

tOtr-t компонентами,

обладавшими

о г о

одним и тем же энергетиче­

СОмооГ

ским спектром;

 

^

- трех­

ю

мерный АР-процесс

о одина­

ковыми компонентами, т .е .

N

со* *

линейно поляризованный по

 

диагонали первого квадран­

o S

та

процесс,

спектр которо­

го

отличался от

спектра

состГ

*с*

компонент

af

,

 

существенно

 

 

о ю

перекрываясь

с

 

ним по по­

0>Г-

л осе . Отношение

сигнал -

моГ

помеха для каждой компонен­

02 СО ты полагалось равным еди­

0205 нице.

 

 

 

 

 

 

сою

 

Заметим,

что

модель

 

 

 

(1 .6 .3 8 )

совпадает

с моде­

* * ль»

(jg .6 .3 3 )

вступления

Of

линейно поляризованной Р -

 

волны и не

соответствует

88модели разладки гау ссо в ­ ского АР-процесса, исполь­

зовавшейся при выводе МП-

cr>Q

оценки (Щ .6 .8). Применение

<* *

ом последней оценки х наблю­ дениям процеоса (S .6 .3 8 )

СОМ

позволяет, таким образом,

мм

судить об устойчивости МП-

MV

оценки к отклонению от

 

 

предполагаемой модели на­

 

блюдений.

 

 

Реализация

одной ком­

 

поненты процесса

(0 .6 .3 8 )

 

изображена на рио. 4 7 ,а .

Момент вступления на глаз точно определить невозмож­ но. Реализации остальных двух компонент по виду со -

192

Р и с .

 

22 . Результаты

иссле­

 

 

 

 

 

 

 

дования методом Монте-Карло

 

 

 

 

 

 

 

точности оценки момента вступ­

 

 

 

 

 

 

 

ления

/’-волны трехкомпонент-

 

 

 

 

 

 

 

ным алгоритмом поиска разладки:

 

 

 

 

 

 

 

 

1

-/>//■;

2

- е/т

; 3 -

 

 

 

 

 

 

 

i / r ,

где

 

 

b2) 3 ;

<7~

 

 

 

 

 

 

 

* < ( r p - b

' f y * ;

\i\-\<rP - r p >Y,

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

знак усреднения

(по

 

 

 

 

 

 

 

реализациям');

масштаб по

 

 

 

 

 

 

 

оси ординат приведен в едини­

 

 

 

 

 

 

 

цах преобладающего периода т

 

 

 

 

 

 

 

/-волны,

равного

0 ,2

с

 

 

 

 

 

 

 

 

вершенно аналогичны. Функции

 

 

 

 

 

 

 

правдоподобия момента разладки

 

 

 

 

 

 

 

в интервале 100 4

г < 900 для

 

 

 

 

 

 

 

одной компоненты изображена на

 

 

 

 

 

 

 

рис. * 7 ,6 ,

для

трех

компонент -

 

 

 

 

 

 

 

на

рис.

1 7 ,в . Из

риоуннов вид­

 

 

 

 

 

 

 

но,

что

одномерная функция

 

 

 

 

 

 

 

правдоподобия имеет перед теч­

 

 

 

 

 

 

 

кой 500 шесть близких по вели­

 

 

 

 

 

 

 

чине максимумов,

причем наи­

 

 

 

 

 

 

 

больший из них соответствует точке

Тр

= 463,

а третий по вели­

чине -

истинной точке разладки

тр

= 500. функция правдоподобия

для трех компонент, во-первых, в 3

раза круче нарастает и спада­

ет

на интервале 100

£. г

6 900 и, во-вторых,

имеет в окрестности

точки

г

-

500 лишь два максимума,

больший из которое в точности

совпадает

о моментом разладки

£ »

500. Таким образом, можно

сделать вывод о

том,

что МП-оценка

(Ш .6.8) момента разладки г а ­

уссовского АР-процесеа вполне эффективна не только в пределах

той модели наблюдений, для которой она была выведена,

но и для

более

реалистических

моделей (Щ .б.3 3 ),

(1Й .6.38).

 

 

 

Рио.

18-21 представляют собой результаты

применения Ш -оцен-

ки

(|Г.6.8)

к записям местных землетрясений -

афтершоков Фриуль­

ского землетрясения в Италии от

0 6 .0 5 .1 9 7 6 ,

= 6 ,5 ,

V =„46,З У ;

Л =* 1 8 ,3 .

На рис. 1 8 ,а

изображена

трехкомпояентная функция прав­

доподобия,

вычисленная в широком интервале

г , включающем в

себя

учаоток помехи,

Р-

и

S -волну. Функция имеет

отчетливый

гло­

бальный максимум в точке вступления

Р -волны.

Кривая а

на рис Л 9

предотавляет собой ту же функцию правдоподобия, но вычисленную в окрестности момента вотугмения /-волны, определенного по кри-

193

194

вой « рис. 18 . Максимум этой кривой соответствует визуально оп­

ределяемой точке

вступления /-волн ы ,

Рис. 20 и 21

соответствуют афтершоку с малой магнитудой,

/-волна от которого почти полностью скрыта шумами и с трудом ви­

зуально определяется только по вертикальной

компоненте (кри­

вая

А ) . функция правдоподобия, вычисленная

в широком интервале

г

(кривая а ),

демонстрирует отчетливый максимум в точке вступ­

ления /-волны

и не "реагирует" на вступление- /-волны . Однако

та se функция, вычисленная на коротком интервале, который пред­

шествует /-в ол н е

и захватывает /-волну и участок помехи,

уке

имеет отчетливый максимум в

точке, совпадающей

с визуально

опре­

деляемым моментом вступления

/-волны (рис.

21

,а ).

 

Количественные характеристики точности

оценивания моментов

вступления /~ и

/-в о л н на сейсмограммах местных землетрясений

могут быть получены методом Монте-Карло. Ниже описаны результа­ ты такого эксперимента. Сейсмограмма одного из афтершоков Фриуль­ ского землетрясения со сравнительно нечетким вступлением /-вол ­ ны смешивалась в различных отношениях сигнал - шум со 100 различ­ ными (независимыми) реализациями сейсмического шума, взятыми из записей всей серии Фриульских афтершоков. При этом за мощность сигнала брилась усредненная по трем компонентам мощность всего

исследуемого участка

сейсмограммы, включающего Р - и /-волны ,

а за мощность шума -

усредненная по трем компонентам мощность со­

ответствующей реализации сейсмической помехи. Результаты статис­ тического анализа отклонений оценки моментов вступления от истин­

ных значений приведены в.

табл.

2 и на рис. 22. Анализ показыва­

ет, что переход от одно-

к трехкомпонентному алгоритму улучшает

точность оценивания И для

А ,

и для /-волны

в среднем в 2 раза.

При больших отношениях сигнал -

шум точность

определения вступ­

ления /-волны выше точности для /-волны в 2-3 раза, но при ма­ лых отношениях эти точности сравнимы. Последнее объясняется тем, что контраст статистических характеристик /-волны и шума более высокий, чем /-волны и коды /-волны, но это обстоятельство влияет только при больших отношениях сигнал - шум.

На рис. 22 приведены графики, характеризующие точность трех­ компонентного алгоритма при определении момента вступления / -

* ? и о. 23. Сейсмограмма землетрясения "Белчатов” (Польша,

H ;0 0 i4 0 ; 26.02.1980).

К о м п о н е н т ы : а - север - юг, б - вертикальная, в - восток - запад

волны в зависимости от отношения сигнал - шум. По оси ординат от­

ложены средние значения ошибок в единицах преобладающего периода

волны ( 0 , 2 с ) . Из рисунка видно, что при больших отношениях сиг­ нал - шум среднеквадратичная точность определения момента вступ­ ления Р -волны составляет около 0 , 0 4 с , что не уступает точности визуального определения опытным сейсмологом.

Рис. 2 3 -2 6 иллюстрируют эффективность алгоритма ( 1 . 6 . 8 ) при оценивании моментов вступления А и «У-волн на сейсмограммах

региональных и

телесейсмнческих событий. Эти сейсмограммы полу­

чены с помощью

широкополосного сейсмометра Геофизического

инсти­

тута АП ЧСФР

и характеризуются тем, что осложнены

силь-

196

 

 

Р и с .

2 4 . Однокомпонентные функции правдоподобия мо­

мента

разладки в различных интервалах ее поиска

ними низкочастотными помехами, представляющими собой колебания поверхностных волн, вызванных штормовым прибоем на побережье Бал­

тийского моря. На рис. 24 , 25 представлены результаты

обработки

трехкошонентной сейсмограммы регионального события -

землетрясе­

ния в Польше,

изображенной на рис. 2 3 . На рис. 24 приведены гра­

фики одномерной функции правдоподобш момента разладки

£

, вы­

численные для

самой затуш енной

компоненты - сейсмограммы

на

рис* 2 3 , а , в

разных диапазонах

значений

г . Из ри с. 24

видно,

что форма функции правдоподобия

зависит

от диапазона

г ,

в ко­

тором она вычисляется (что является следствием нестационарности

сейсмического

си гн ала), однако эта

зависимость не столь уж силь­

на* По кривой

а , включающей и

А

, и практически всю

S -волну,

можно уже достаточно точно определить моменты вступления

А и

S -волн*

Эти величины затем уточняются по кривым S ' и / ,

вычис­

ленным в

окрестностях вступления

этих волн. Оценка для

А-врлны

выглядит более надежной, чем для

S -волны. Отметим, что

близкие

к синусоидальным колебания помехи на сейсмограмме (ри с.

2 3 ,а -в )

проявляются в форме функции правдоподобия как периодические ее флюктуации.

Влияние сильной низкочастотной помехи на оценку моментов вступления А и S -волн можно существенно уменьшить с помощью частотной фильтрации, учитывая различие в спектральном составе

1 9 7

1 9 8 -

200