The 20th Anniversary of the Installation of the Small-Aperture “Mikhnevo” Array. Monitoring Induced Seismicity

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Over 20 years of continuous operation of the small-aperture seismic array (SASA) “Mikhnevo”, a huge experience in recording ultra-weak signals generated by regional and global seismicity has been accumulated. High-resolution data processing methods have been developed and applied, including directional summation and waveform cross-correlation. Within the framework of this review of the results of instrumental observations and processing, two approaches to reducing the detection threshold for seismic events when monitoring induced seismicity are considered - the use of array stations and the method of waveform cross-correlation (WCC). The effectiveness of the approaches in relation to the detection, location, and identification of weak seismic sources is illustrated by the aftershock sequence of the earthquake near Mariupol that occurred on August 7, 2016, as well as the aftershocks of the fifth and sixth announced explosions in the DPRK, detected during the period from September 9, 2016, to September 11, 2021. The coordinates of the earthquake were estimated using the data of the “Mikhnevo” array and the temporary SASA of the IDG RAS “Rostov-Don”. The location accuracy is comparable to the accuracy provided by 49 three-component (3-C) stations of the FRC UGS RAS and the International Monitoring System (IMS). In the five days after the earthquake, 12 aftershocks were detected and located relative to the mainshock using the WCC method. The group stations of the IMS AKASG and BRTR and the 3-C station KBZ also participated in the detection and estimation of the parameters. The network of stations of the FRC UGS RAS detected 5 aftershocks, and the IMS did not detect a single one. The location of explosions in the DPRK using the WCC made it possible to determine their relative location with an accuracy of 100-200 m. The sixth explosion could not be accurately located relative to the others due to the finite size of its source, which introduced significant changes in the differential travel time, depending on the direction to the station. The WCC method was also used to detect and identify weak seismic events within the DPRK Punggye-ri test site using template waveforms from explosions and aftershocks of the fifth and sixth tests, recorded at the IMS array stations KSRS and USRK. Over a five-year observation period, 89 events were detected. Based on estimates of the cross-correlation characteristics of signals at both stations, it was possible to divide the general aftershock sequence into two separate ones associated with processes in the zones of influence of the fifth and sixth explosions.

About the authors

I. O Kitov

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

I. A Sanina

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Email: irina@idg.ras.ru
Moscow, Russia

S. G Volosov

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

N. L Konstantinovskaya

Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенная сейсмичность - индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН. 2015. 364 с.
  2. Адушкин В.В., Овчинников В.М., Санина И.А., Ризниченко О.Ю. “Михнево” от сейсмостанции №1 до современной геофизической обсерватории // Физика Земли. 2016. № 1. С. 108-119.
  3. Адушкин В.В., Китов И.О., Санина И.А. Кластеризация афтершоковой активности подземных взрывов в КНДР // Докл. РАН. Науки о Земле. 2021. Т. 501. № 1. С. 69-72. https://doi.org/10.31857/S2686739721110037
  4. Баранов С.В., Шебалин П.Н. Закономерности постсейсмических процессов и прогноз опасности сильных афтершоков. М.: РАН. 2019. 218 с.
  5. Волосов С.Г., Королев С.А., Солдатенков А.М. Система синхронизации записей станций малоапертурной сейсмической антенны “Михнево” // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48. № 1. С. 26-34.
  6. Государственная геологическая карта Украины. Центральноукраинская серия. L-37 VIII (Мариуполь), L-37 IX (Таганрог). Масштаб 1:200 000. Пояснительная записка. Киев: ДНВП “Геоинформ Украины”. 2012. http://geoinf.kiev.ua/wp/w/Viewer.php?pr1&umpl37-8&fmpkv_l37-8_1.jpg
  7. Китов И.О., Санина И.А., Сергеев С.С., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Обнаружение, оценка магнитуды и относительная локация слабых афтершоков с помощью кросс-корреляции волновых форм: землетрясение 7 августа 2016 г. в Мариуполе // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53. № 2. С. 58-80.
  8. Кочарян Г.Г., Локтев Д.Н., Ряховский И.А., Санина И.А. Уникальная научная установка “Среднеширотный комплекс геофизических наблюдений “Михнево” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2.
  9. Невский М.В., Чулков А.Б., Морозова Л.А., Еременко О.А. Проблемы и перспективы развития систем сейсмологических наблюдений в XXI веке. Проблемы геофизики XXI века. М.: Наука. 2003. С. 180-212.
  10. Николаев А.В. Проблемы наведенной сейсмичности. Наведенная сейсмичность / А. В. Николаев, И. Н. Галкин (ред.). М.: Наука. 1994. 222 с.
  11. Санина И.А., Габсатарова И.П., Черных О.А., Ризниченко О.Ю., Волосов С.Г., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Интеграция малоапертурной группы “Михнево” в систему сейсмических наблюдений на Восточно-Европейской платформе. Сейсмичность Северной Евразии: Материалы Международной конференции / А. А. Маловичко (отв. ред.). 2008. С. 264-268.
  12. Санина И.А., Черных О.А., Ризниченко О.Ю., Волосов С.Г. Малоапертурная сейсмическая антенна “Михнево”: новые возможности изучения сейсмичности Восточно-Европейской платформы // Докл. РАН. 2009. Т. 428. № 4. С. 536-541.
  13. Санина И.А., Иванченко Г.Н., Горбунова Э.М., Константиновская Н.Л., Нестеркина М.А., Габсатарова И.П. Сейсмотектоническая обстановка землетрясения 07 августа 2016г и его афтершоков // Физика Земли. 2019. № 2. С. 156-167. https://doi.org/10.31857/S0002-333720192156-167
  14. Санина И.А., Ризниченко О.Ю., Волосов С.Г., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Уникальной научной установке “МИХНЕВО” ИДГ РАН - 15 // Динамические процессы в геосферах. 2019. № 11. С. 48-56. https://doi.org/10.26006/IDG.2019.11.38623
  15. Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Физика переходных режимов сейсмичности. М.: РАН. 2020. 412 с.
  16. Султанов Д.Д. Роль Г.А. Гамбурцева в создании сейсмического метода контроля за ядерными испытаниями. М.: ОИФЗ РАН. 1998. Т. 3. C. 188-193.
  17. Федоров Е.К., Тамм И.Е., Семенов Н.Н., Садовский М.А., Пасечник И.П. и др. Доклад совещания экспертов по изучению методов обнаружения нарушений возможного соглашения о приостановке ядерных испытаний // Атомная энергия 1958. Т. 5. Вып. 4.
  18. Adushkin V.V., Kitov I.O., Konstantinovskaya N.L., Nepeina K.S., Nesterkina M.A., Sanina I.A. Detection of ultraweak signals on the Mikhnevo small-aperture seismic array by using cross-correlation of waveforms // Dokl. Earth Sci. 2015. V. 460. № 2. P. 189-191.
  19. Adushkin V.V., Kitov I.O., Sanina I.A. Application of a three-component seismic array to improve the detection efficiency of seismic events by the matched filter method // Dokl. Earth Sci. 2016a. V. 466. №. 1. P. 47-50.
  20. Adushkin V.V., Kitov I.O., and Sanina I.A. Decrease in signal detection threshold by waveform cross correlation method owing to the use of a seismic array of three-component sensors // Geofiz. Issled., 2016b. V. 17. №. 1. P. 5-28. https://doi.org/10.21455/gr2016.1-1
  21. Adushkin V.V., Bobrov D.I., Kitov I.O., Rozhkov M.V., Sanina I.A. Remote detection of aftershock activity as a new method of seismic monitoring // Dokl. Earth Sci. 2017. V. 473. №. 1. P. 303-307.
  22. Bobrov D., Kitov I., Zerbo L. Perspectives of cross correlation in seismic monitoring at the International Data Centre // Pure Appl. Geophys. 2014. V. 171. №. 3-5. P. 439-468.
  23. Bobrov D.I., Kitov I.O., Rozhkov M.V., Friberg P. Towards Global Seismic Monitoring of Underground Nuclear Explosions Using Waveform Cross Correlation. Part I: Grand Master Events // Seismic Instruments. 2016a. V. 52. №. 1. P. 43-59.
  24. Bobrov D.I., Kitov I.O., Rozhkov M.V., Friberg, P. Towards Global Seismic Monitoring of Underground Nuclear Explosions Using Waveform Cross Correlation. Part II: Synthetic Master Events // Seismic Instruments. 2016b. V. 52. №. 3. P. 207-223.
  25. Braun T., Schweitzer J. Spatial noisefield characteristics of a three component small aperture test array in Central Italy // Bull. Seismol. Soc. Am. 2008. V. 98. №. 4. P. 1876-1886.
  26. Bucknam R.C. Geologic effects of the Benham underground nuclear explosion, Nevada Test Site // Bull. Seismol. Soc. of Am. 1969. V. 59. №. 6. P. 2209-2219. https://doi.org/10.1785/BSSA0590062209
  27. Coyne J., D. Bobrov, P. Bormann, E. Duran, P. Grenard, G. Haralabus, I. Kitov, Yu. Starovoit Chapter 15: CTBTO: Goals, Networks, Data Analysis and Data Availability / P. Bormann (ed.). New Manual of Seismological Practice Observatory. 2012. https://doi.org/10.2312/GFZ.NMSOP-2_ch15
  28. 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.
  29. Gibbons S.J., Schweitzer J., Ringdal F., Kværna T., Mykkeltveit S., Paulsen B. Improvements to seismic monitoring of the European Arctic using three component array processing at SPITS // Bull. Seismol. Soc. Am. 2011. V. 101. №. 6. P. 2737-2754.
  30. Gibbons S.J., Sorensen M.B., Harris D.B., Ringdal F. The detection and location of low magnitude earthquakes in northern Norway using multichannel waveform correlation at regional distances // Phys. Earth Planet.Inter. 2007. V. 160. N. 3-4. P. 285-309.
  31. Kitov I.O., Volosov S.G., Kishkina S.B., Konstantinovskaya N.L., Nepeina K.S., Nesterkina M.A., and Sanina I.A. Detection of Regional Phases of Seismic Body Waves Using an Array of Three Component Sensors // Seismic Instruments. 2016. V. 52. №. 1. P. 19-31.
  32. Kitov I.O., Sanina I.A. Analysis of Sequences of Aftershocks Initiated by Underground Nuclear Tests Conducted in North Korea on September 9, 2016 and September 3, 2017 // Seism. Instr. 2022. V. 58. P. 567-580. https://doi.org/10.3103/S0747923922050097
  33. Sanina I.A., Gabsatarova I.P., Chernykh O.A., Riznichenko O.U., Volosov S.G., Nesterkina M.A., Konstantinovskaya N.L. The Mikhnevo small aperture array enhances the resolution property of seismological observations on the East European Platform // J. Seismol. 2010. V. 15. № 3. P. 545-556.
  34. Schaff D.P., Richards P.G. Repeating seismic events in China // Science. 2004. V. 303. P. 1176-1178.
  35. Schweitzer J., Fyen J., Mykkeltveit S., Gibbons S.J., Pirli M., Kühn D., Kværna T. Seismic arrays, in New Manual of Seismological Practice Observatory / Bormann. P. (ed.). 2012. Ch. 9. https://doi.org/10.2312/GFZ.NMSOP2_ch9
  36. Schaff D. P. and Richards P.G. Improvements in magnitude precision, using the statistics of relative amplitudes measured by cross correlation // Geophys. J.Int. Seismology. 2014. V. 197. № 1. P. 335-350. https://doi.org/10.1093/gji/ggt433
  37. Van Trees H.L. Detection, Estimation and Modulation Theory. 1968. JohnWileyandSons.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».