Расширенный поиск
Классификация сейсмических событий, сопровождающих взрывной способ разработки массива горных пород
Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 58
Номер: 4
Год: 2022
Страницы: 97-110
УДК: 550.34.09, 622.83
DOI: 10.21455/si2022.4-6
Показать библиографическую ссылку
Морозова К.Г., Остапчук
А.А., Беседина
А.Н., Павлов
Д.В. Классификация сейсмических событий, сопровождающих взрывной способ разработки массива горных пород
// Сейсмические приборы. 2022. Т. 58. № 4. С. 97-110. DOI: 10.21455/si2022.4-6
@article{МорозоваКлассификация2022,
author = "Морозова, К. Г. and Остапчук,
А. А. and Беседина,
А. Н. and Павлов,
Д. В.",
title = "Классификация сейсмических событий, сопровождающих взрывной способ разработки массива горных пород
",
journal = "Сейсмические приборы",
year = 2022,
volume = "58",
number = "4",
pages = "97-110",
doi = "10.21455/si2022.4-6",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Ключевые слова: индуцированная сейсмичность, очаговые параметры, кластеризация методом k-средних, скейлинговые соотношения
Аннотация: Представлен новый метод классификации акустических и микросейсмических импульсов КЛАСИ-k, основанный на анализе параметров волновой формы (скорости нарастания ам-плитуды RA, средней частоты AF, волнового индекса WI). В основе метода классификации лежит алгоритм кластеризации k-средних, позволяющий выделить подмножества событий, различающиеся величиной приведенной сейсмической энергии (отношение излученной сейсмической энергии к реализованному сейсмическому моменту) и характерным временем в очаге. При классификации сейсмических событий существует принципиальная возмож-ность использовать в качестве целевых параметров алгоритма параметры очага – сейсмическую энергию Es, сейсмический момент M0, угловую частоту f0. При этом наблюдается хорошее соответствие между типами событий при переходе от параметров волновой фор-мы {RA, AF, WI} к очаговым параметрам {Es, M0, f0}. Метод КЛАСИ-k апробирован на дан-ных шахтной сейсмичности, индуцированной двумя массовыми взрывами на шахте комби-ната “КМАруда” в пределах Коробковского железорудного месторождения. Анализируемые каталоги включают 77 микрособытий, зарегистрированных после массового взрыва 06.07.2019 г, и 259 событий после взрыва 24.10.2020 г. Применение метода КЛАСИ-k позволяет выделить в каталогах два подмножества: первое подмножество характеризуется ве-личиной приведенной сейсмической энергии (Es/M0) более 10–7 Дж/(Н·м), второе – менее
10–7 Дж/(Н·м). При этом события первого типа характеризуются меньшей длительностью в очаге, чем события второго типа, при одном и том же реализованном сейсмическом моменте.
Список литературы: Беседина А.Н., Кишкина С.Б., Кочарян Г.Г. Параметры источников роя микросейсмических событий, инициированных взрывом на Коробковском железорудном месторождении // Физика Земли. 2021. № 3. С.63–81. https://doi.org/10.31857/S0002333721030030
Гиляров В.Л., Дамаскинская Е.Е., Кадомцев А.Г., Рассказов И.Ю. Анализ статистических параметров данных геоакустического мониторинга на месторождении “Антей” // Фи-зико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 3. С.40–45.
Кейлис-Борок В.И. Исследование механизма землетрясений. М.: АН СССР, 1957. 148 с.
Кочарян Г.Г. Масштабный эффект в сейсмотектонике // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5, № 2. С.353–385. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-2-0133
Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б., Новиков В.А., Остапчук А.А. Медленные перемещения по разломам: параметры, условия возникновения, перспективы исследований // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5, № 4. С.863–891. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-4-0160
Лещинский А.В., Шевкун Е.Б., Лысак Ю.А. Влияние направления инициирования зарядов взрывчатых веществ на предразрушение массива скальных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 2. С.50–57. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-02-0-50-57
Пантелеев И.А. Анализ тензора сейсмического момента акустической эмиссии: микроме-ханизмы разрушения гранита при трехточечном изгибе // Акустический журнал. 2020. T. 66, № 6. C.654–668. https://doi.org/10.31857/S0320791920060076
Aki K. Scaling law of seismic spectrum // J. Geophys. Res. 1967. V. 72, Iss. 4. P.1217–1231. https://doi.org/10.1029/JZ072i004p01217
Arrowsmith S.J., Arrowsmith M.D., Hedlin M.A.H., Stump B. Discrimination of delay-fired mine blasts in Wyoming using an automatic time-frequency discriminant // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2006. V. 96, N 6. P.2368–2382. https://doi.org/10.1785/0120060039
Besedina A.N., Kishkina S.B., Kocharyan G.G., Kulikov V.I., Pavlov D.V. Weak induced seismicity in the Korobkov iron ore field of the Kursk magnetic anomaly // J. Mining Sci. 2020. V. 56, Iss. 3. P.339–350. https://doi.org/10.1134/s1062739120036818
Boore D.M., Boatwright J. Average body-wave radiation coefficients // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1984. V. 74, N 5. P.1615–1621. https://doi.org/10.1785/BSSA0740051615
Brune J. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. Geophys. Res. 1970. V. 75, Iss. 26. P.4997–5009. https://doi.org/10.1029/JB075i026p04997
Carpinteri A., Xu J., Lacidogna G., Manuello A. Reliable onset time determination and source location of acoustic emissions in concrete structures // Cement and Concrete Composites. 2012. V. 34, Iss. 4. P.529–537. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.11.013
Emanov A.A., Emanov A.F., Fateev A.V. Monitoring of seismic activation in the area of the Kal-tan open pit and Alardinskaya mine (Kuzbass) // Seismic Instruments. 2020. V. 56, Iss. 1. P.82–92. https://doi.org/10.3103/S0747923920010053
Fawcett T. An introduction to ROC analysis // Pattern Recogn. Lett. 2006. V. 27, Iss. 8. P.861–874. https://doi.org/10.1016/j.patrec.2005.10.010
Foulger G.R., Wilson M.P., Gluyas J.G., Julian B.R., Davies R.J. Global review of human-induced earthquakes // Earth-Sci. Rev. 2018. V. 178. P.438–514. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.008
Frank W.B., Shapiro N.M., Husker A.L., Kostoglodov V., Gusev A.A., Campillo M. The evolving interaction of low-frequency earthquakes during transient slip // Science Advances. 2016. V. 2, Iss. 4. Art. e1501616. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501616
Gibowicz S., Kijko A. An Introduction to Mining Seismology. Elsevier Science, 1994. 399 p.
Hartigan J.A., Wong M.A. A K-means clustering algorithm // J. Royal Statist. Soc. Series C (Ap-plied Statistics). 1979. V. 28, Iss. 1. P.100–108. https://doi.org/10.2307/2346830
Hudson J.A., Pearce R.G., Rogers R.M. Source type plot for inversion of the moment tensor // J. Geophys. Res. 1989. V. 94, Iss. B1. P.765–774. https://doi.org/10.1029/JB094iB01p00765
Kwiatek G., Plenkers K., Nakatani M., Yabe Y., Dresen G., JAGUARS Group. Frequency-magnitude characteristics down to magnitude –4.4 for induced seismicity recorded at Mpo-neng gold mine, South Africa // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2010. V. 100, N 3. P.1165–1173. https://doi.org/10.1785/0120090277
Kwiatek G., Plenkers K., Dresen G., JAGUARS Research Group. Source parameters of pico-seismicity recorded at Mponeng deep gold mine, South Africa: Implications for scaling relations // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2011. V. 101, N 6. P.2592–2608. https://doi.org/10.1785/0120110094
Kubacki T., Koper K.D., Pankow K.L., McCarter M.K. Changes in mining-induced seismicity before and after the 2007 Crandall Canyon Mine collapse // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2014. V. 119, Iss. 6. P.4876–4889. https://doi.org/10.1002/2014JB011037
Li B., Li N., Wang E., Li X., Zhang Zh., Zhang X., Niu Y. Discriminant model of coal mining mi-croseismic and blasting signals based on waveform characteristics // Shock and Vibration. 2017. Special Issue. Art. 6059239. https://doi.org/10.1155/2017/6059239
Liu J., Xu S., Li Y., Lei G. Analysis of rock mass stability based on mining-induced seismicity: A case study at the Hongtoushan copper mine in China // Rock Mech. Rock Eng. 2019. V. 52, Iss. 1. P.265–276. https://doi.org/10.1007/s00603-018-1541-y
Ma J., Zhao G., Dong L., Chen G., Zhang Ch. A comparison of mine seismic discriminators based on features of source parameters to waveform characteristics // Shock and Vibration. 2015. Special Issue. Art. 919143. https://doi.org/10.1155/2015/919143
Michel S., Gualandi A., Avouac J.P. Similar scaling laws for earthquakes and Cascadia slow-slip events // Nature. 2019. V. 574. P.522–526. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1673-6
Mousavi S.M., Langston C.A. Hybrid seismic denoising using higher-order statistics and im-proved wavelet block thresholding // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2016. V. 106, N 4. P.1380–1393. https://doi.org/10.1785/0120150345
Ohno K., Ohtsu M. Crack classification in concrete based on acoustic emission // Construct. Build. Mater. 2010. V. 24, Iss. 12. P.2339–2346. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.05.004
Ostapchuk A.A., Morozova K.G. On the mechanism of laboratory earthquake nucleation high-lighted by acoustic emission // Sci. Rep. 2020. V. 10. Art. 7245. https://doi.org/10.1038/s41598-020-64272-1
Ostapchuk A., Morozova K., Markov V., Pavlov D., Popov M. Acoustic emission reveals multi-ple slip modes on a frictional fault // Front. Earth Sci. 2021. Art. 9:657487. https://doi.org/ 10.3389/ feart.2021.657487
Oye V., Bungum H., Roth M. Source parameters and scaling relations for mining-related seismicity within the Pyhäsalmi ore mine, Finland // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95, N 3. P.1011–1026. https://doi.org/10.1785/0120040170
Provost F., Hibert C., Malet J.-P. Automatic classification of endogenous landslide seismicity using the Random Forest supervised classifier // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44, Iss. 1. P.113–120. https://doi.org/10.1002/2016gl070709
Rao D., Shi X., Zhou J., Yu Z., Gou Y., Dong Z., Zhang J. An expert artificial intelligence model for discriminating microseismic events and mine blasts // Appl. Sci. 2021. V. 11, Iss. 14. Art. 6474. https://doi.org/10.3390/app11146474
Richardson E., Jordan H. Seismicity in deep gold mines of South Africa: Implications for tec-tonic earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2002. V. 92, N 5. P.1766–1782. https://doi.org/ 10.1785/0120000226
Scarpetta S., Giudicepietro F., Ezin E., Petrosino S., Del Pezzo E., Martini M., Marinaro M. Automatic classification of seismic signals at Mt. Vesuvius Volcano, Italy, using neural net-works // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95, N 1. P.185–196. https://doi.org/10.1785/0120030075
Shiotani T., Ohtsu M., Ikeda K. Detection and evaluation of AE waves due to rock deformation // Construct. Build. Mater. 2001. V. 15, Iss. 5–6. P.235–246. https://doi.org/10.1016/s0950-0618(00)00073-8
Гиляров В.Л., Дамаскинская Е.Е., Кадомцев А.Г., Рассказов И.Ю. Анализ статистических параметров данных геоакустического мониторинга на месторождении “Антей” // Фи-зико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 3. С.40–45.
Кейлис-Борок В.И. Исследование механизма землетрясений. М.: АН СССР, 1957. 148 с.
Кочарян Г.Г. Масштабный эффект в сейсмотектонике // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5, № 2. С.353–385. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-2-0133
Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б., Новиков В.А., Остапчук А.А. Медленные перемещения по разломам: параметры, условия возникновения, перспективы исследований // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5, № 4. С.863–891. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-4-0160
Лещинский А.В., Шевкун Е.Б., Лысак Ю.А. Влияние направления инициирования зарядов взрывчатых веществ на предразрушение массива скальных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 2. С.50–57. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-02-0-50-57
Пантелеев И.А. Анализ тензора сейсмического момента акустической эмиссии: микроме-ханизмы разрушения гранита при трехточечном изгибе // Акустический журнал. 2020. T. 66, № 6. C.654–668. https://doi.org/10.31857/S0320791920060076
Aki K. Scaling law of seismic spectrum // J. Geophys. Res. 1967. V. 72, Iss. 4. P.1217–1231. https://doi.org/10.1029/JZ072i004p01217
Arrowsmith S.J., Arrowsmith M.D., Hedlin M.A.H., Stump B. Discrimination of delay-fired mine blasts in Wyoming using an automatic time-frequency discriminant // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2006. V. 96, N 6. P.2368–2382. https://doi.org/10.1785/0120060039
Besedina A.N., Kishkina S.B., Kocharyan G.G., Kulikov V.I., Pavlov D.V. Weak induced seismicity in the Korobkov iron ore field of the Kursk magnetic anomaly // J. Mining Sci. 2020. V. 56, Iss. 3. P.339–350. https://doi.org/10.1134/s1062739120036818
Boore D.M., Boatwright J. Average body-wave radiation coefficients // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1984. V. 74, N 5. P.1615–1621. https://doi.org/10.1785/BSSA0740051615
Brune J. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. Geophys. Res. 1970. V. 75, Iss. 26. P.4997–5009. https://doi.org/10.1029/JB075i026p04997
Carpinteri A., Xu J., Lacidogna G., Manuello A. Reliable onset time determination and source location of acoustic emissions in concrete structures // Cement and Concrete Composites. 2012. V. 34, Iss. 4. P.529–537. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.11.013
Emanov A.A., Emanov A.F., Fateev A.V. Monitoring of seismic activation in the area of the Kal-tan open pit and Alardinskaya mine (Kuzbass) // Seismic Instruments. 2020. V. 56, Iss. 1. P.82–92. https://doi.org/10.3103/S0747923920010053
Fawcett T. An introduction to ROC analysis // Pattern Recogn. Lett. 2006. V. 27, Iss. 8. P.861–874. https://doi.org/10.1016/j.patrec.2005.10.010
Foulger G.R., Wilson M.P., Gluyas J.G., Julian B.R., Davies R.J. Global review of human-induced earthquakes // Earth-Sci. Rev. 2018. V. 178. P.438–514. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.008
Frank W.B., Shapiro N.M., Husker A.L., Kostoglodov V., Gusev A.A., Campillo M. The evolving interaction of low-frequency earthquakes during transient slip // Science Advances. 2016. V. 2, Iss. 4. Art. e1501616. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501616
Gibowicz S., Kijko A. An Introduction to Mining Seismology. Elsevier Science, 1994. 399 p.
Hartigan J.A., Wong M.A. A K-means clustering algorithm // J. Royal Statist. Soc. Series C (Ap-plied Statistics). 1979. V. 28, Iss. 1. P.100–108. https://doi.org/10.2307/2346830
Hudson J.A., Pearce R.G., Rogers R.M. Source type plot for inversion of the moment tensor // J. Geophys. Res. 1989. V. 94, Iss. B1. P.765–774. https://doi.org/10.1029/JB094iB01p00765
Kwiatek G., Plenkers K., Nakatani M., Yabe Y., Dresen G., JAGUARS Group. Frequency-magnitude characteristics down to magnitude –4.4 for induced seismicity recorded at Mpo-neng gold mine, South Africa // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2010. V. 100, N 3. P.1165–1173. https://doi.org/10.1785/0120090277
Kwiatek G., Plenkers K., Dresen G., JAGUARS Research Group. Source parameters of pico-seismicity recorded at Mponeng deep gold mine, South Africa: Implications for scaling relations // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2011. V. 101, N 6. P.2592–2608. https://doi.org/10.1785/0120110094
Kubacki T., Koper K.D., Pankow K.L., McCarter M.K. Changes in mining-induced seismicity before and after the 2007 Crandall Canyon Mine collapse // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2014. V. 119, Iss. 6. P.4876–4889. https://doi.org/10.1002/2014JB011037
Li B., Li N., Wang E., Li X., Zhang Zh., Zhang X., Niu Y. Discriminant model of coal mining mi-croseismic and blasting signals based on waveform characteristics // Shock and Vibration. 2017. Special Issue. Art. 6059239. https://doi.org/10.1155/2017/6059239
Liu J., Xu S., Li Y., Lei G. Analysis of rock mass stability based on mining-induced seismicity: A case study at the Hongtoushan copper mine in China // Rock Mech. Rock Eng. 2019. V. 52, Iss. 1. P.265–276. https://doi.org/10.1007/s00603-018-1541-y
Ma J., Zhao G., Dong L., Chen G., Zhang Ch. A comparison of mine seismic discriminators based on features of source parameters to waveform characteristics // Shock and Vibration. 2015. Special Issue. Art. 919143. https://doi.org/10.1155/2015/919143
Michel S., Gualandi A., Avouac J.P. Similar scaling laws for earthquakes and Cascadia slow-slip events // Nature. 2019. V. 574. P.522–526. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1673-6
Mousavi S.M., Langston C.A. Hybrid seismic denoising using higher-order statistics and im-proved wavelet block thresholding // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2016. V. 106, N 4. P.1380–1393. https://doi.org/10.1785/0120150345
Ohno K., Ohtsu M. Crack classification in concrete based on acoustic emission // Construct. Build. Mater. 2010. V. 24, Iss. 12. P.2339–2346. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.05.004
Ostapchuk A.A., Morozova K.G. On the mechanism of laboratory earthquake nucleation high-lighted by acoustic emission // Sci. Rep. 2020. V. 10. Art. 7245. https://doi.org/10.1038/s41598-020-64272-1
Ostapchuk A., Morozova K., Markov V., Pavlov D., Popov M. Acoustic emission reveals multi-ple slip modes on a frictional fault // Front. Earth Sci. 2021. Art. 9:657487. https://doi.org/ 10.3389/ feart.2021.657487
Oye V., Bungum H., Roth M. Source parameters and scaling relations for mining-related seismicity within the Pyhäsalmi ore mine, Finland // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95, N 3. P.1011–1026. https://doi.org/10.1785/0120040170
Provost F., Hibert C., Malet J.-P. Automatic classification of endogenous landslide seismicity using the Random Forest supervised classifier // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44, Iss. 1. P.113–120. https://doi.org/10.1002/2016gl070709
Rao D., Shi X., Zhou J., Yu Z., Gou Y., Dong Z., Zhang J. An expert artificial intelligence model for discriminating microseismic events and mine blasts // Appl. Sci. 2021. V. 11, Iss. 14. Art. 6474. https://doi.org/10.3390/app11146474
Richardson E., Jordan H. Seismicity in deep gold mines of South Africa: Implications for tec-tonic earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2002. V. 92, N 5. P.1766–1782. https://doi.org/ 10.1785/0120000226
Scarpetta S., Giudicepietro F., Ezin E., Petrosino S., Del Pezzo E., Martini M., Marinaro M. Automatic classification of seismic signals at Mt. Vesuvius Volcano, Italy, using neural net-works // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95, N 1. P.185–196. https://doi.org/10.1785/0120030075
Shiotani T., Ohtsu M., Ikeda K. Detection and evaluation of AE waves due to rock deformation // Construct. Build. Mater. 2001. V. 15, Iss. 5–6. P.235–246. https://doi.org/10.1016/s0950-0618(00)00073-8
