Информационное обеспечение вибросейсмического мониторинга

УДК 528.4

А.П. Григорюк, Л.П. Брагинская ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

A.P. Grigoruk, L.P. Braginskaya

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS prospect Akademika Lavrentjeva, 6, Novosibirsk, 630090, Russia

INFORMATION SUPPORT OF VIBROSEISMIC MONITORING

In this paper we propose the conceptual approach to constructing informational computational systems of experimental geodata. The web-oriented experiment information system has been created. The system based on a data obtained in unique vibroseismic Earth sounding experiments. These experiments were conducted during 1995-2007 at Altay and Sayan regions, Baikal rift zone and Taman mud volcano province. Most of data is obtained using powerful eccentric 40- and 100-ton seismic vibrators.

Structured information about 33 experiments has been brought into the database. The system file archive contains over 30000 seismic traces obtained in these experiments. Users can search the database by various parameters (about 20) of the vibroseismic sounding, retrieve, view, and analyze the traces have been found. The program modules (PM1-PMn) perform various data processing and analysis. The set of modules can be expanded if necessary. The cartographic system constructed on Google Maps service allows users to work with interactive maps and satellite images of areas of carrying out of experiments.

На протяжении 1995-2007 годов лаборатория геофизической информатики ИВМиМГ СО РАН принимала участие в экспериментальных работах, проводимых Сибирским отделением Российской академии наук, по активному вибромониторингу литосферы в сейсмоопасных районах России. Работы проводились в Алтае-Саянской сейсмоактивной зоне, Байкальской рифтовой зоне, Таманской грязе-вулканической провинции.

Активный вибромониторинг относится к числу новых геофизических технологий, включающих методы наблюдения за состоянием земной коры по изменению характеристик распространения сейсмических волн. В качестве источников сейсмических волн использовались мощные управляемые вибраторы, расположенные на Быстровском, Байкальском и Краснодарском сейсмологических полигонах. В экспериментах по вибропросвечиванию грязевых вулканов Ахтанизовский, Шуго, г. Карабетовой использовался передвижной 10-тонный сейсмический вибратор. Регистрация осуществлялась специальными мобильными регистраторами и региональными сейсмостанциями в радиусе до 500 км от источников. В ходе некоторых экспериментов регистрировались также промышленные взрывы на шахтах и разрезах Кузбасса и на Семипалатинском ядерном полигоне.

Всего было проведено более 30 экспериментов, в ходе которых зарегистрировано около 30 000 сейсмотрасс. В результате был накоплен большой архив файлов волновых форм и сопутствующей информации (тип

сейсмического источника, параметры излучаемого им сигнала, параметры регистратора, географические координаты источника и регистратора и т. д.).

В настоящее время этот экспериментальный материал используется при решении следующих задач геофизики:

- Развитие нового метода активной сейсмологии и геофизических технологий с использованием мощных вибрационных источников сейсмических волн;

- Экспериментальные и теоретические исследования по сейсмическому зондированию Земли с целью изучения деформационных процессов в коре и верхней мантии;

- Создание методики вибросейсмического мониторинга сейсмоопасных зон с целью прогноза землетрясений;

- развитие методов обработки и интерпретации вибросейсмических данных;

- Математическое моделирование в задачах разведочной геофизики и прогноза землетрясений;

- Разработка численных методов решения прямых и обратных задач геофизики, включая комбинированные обратные задачи;

- Разработка новых численно-аналитических методов решения многомерных прямых задач и их приложений в исследованиях различных аспектов сейсмологии и сейсморазведки.

Однако файловый архив, содержащий экспериментальные данные, был неструктурирован, файлы волновых форм имели различный формат, определяемый типами применяемых регистраторов, а сопутствующая информация хранилась в произвольной форме. Всё это затрудняло поиск информации в архиве. Кроме того, доступ к архиву был возможен только в пределах локальной компьютерной сети ИВМиМГ СО РАН, что сокращало круг потенциальных пользователей.

Для разрешения вышеизложенных проблем было принято решение создать такую информационно-вычислительную систему, которая содержала бы базу экспериментальных данных, обеспечивала доступа к ним через Интернет, позволяла осуществлять интерактивный анализ этих данных и построение географические карт районов проведения экспериментов. С учетом этих обстоятельств была разработана новая концепция информационной системы для поддержки экспериментальных исследований.

Центральным элементом этой системы является реляционная база данных. Для проектирования соответствующей модели данных представим обобщенную инфологическую модель эксперимента как показано на рис. 1. Эта модель будет справедливой для любой предметной области и для экспериментов любого типа. Действительно, в любой предметной области можно выделить следующие основные элементы этой модели:

- Класс исследуемых объектов;

- Класс воздействующих на объект факторов;

Класс сенсоров, регистрирующих те или иные параметры отклика.

В ходе эксперимента значения свойств экземпляров этих классов могут варьироваться от опыта к опыту.

Воздействие

Факторы

Объект Отклик 1-^ Сенсоры

1____

Рис. 1. Обобщенная инфологическая модель эксперимента

Для перехода от модели эксперимента к модели данных достаточно заменить сущности, представленные на рис. 1, на отношения с соответствующими атрибутами и связями. Полученную обобщенную модель данных необходимо адаптировать для каждой конкретной предметной области и вида экспериментов. Например, если исследуемые объекты достаточно сложны, целесообразно будет представить их в виде системы более простых объектов. Это можно проделать с помощью декомпозиции отношения ОБЪЕКТ в соответствии с правилами реляционной алгебры Кодда.

Обобщенная структурная схема информационной системы приведена на рис. 2. Схема отличается от стандартной наличием модуля анализа. Это приложение, выполняющее анализ данных в соответствии с алгоритмами, применяемыми в конкретной предметной области. Модуль принимает запрос на анализ от веб-приложения, считывает необходимые данные из файлового архива и осуществляет их анализ. Результаты анализа обрабатываются веб-приложением и передаются пользователю в числовой и графической форме.

Рис. 2. Структурная схема ИВС

В свете предложенной концепции нами была разработана веб-ориентированная информационно-вычислительная системы (ИВС) «Вибросейсмическое просвечивание Земли» (http://opg.sscc.ru/db), реализующая следующие функции:

Получение подробной информации по любому из проведенных экспериментов (метаданные);

- Поиск в базе данных одновременно по 18 параметрам вибропросвечивания;

- On-line анализ найденных сейсмотрасс с отображением результатов непосредственно в веб-браузере пользователя;

Построение по результатам поиска интерактивных карт и спутниковых снимков с обозначенными источниками и регистраторами сейсмических волн;

- Загрузка файлов волновых форм на компьютер пользователя.

Рис. 3. Поисковые формы ИВС

Рис. 4. Интерактивный анализ данных

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ РФФИ № 05-07-90081, № 07-07-00106.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Google Maps API Documentation. http://www.google.com/apis/maps/documentation

2. Григорюк А.П., Брагинская Л.П. Управление данными вибросейсмического мониторинга // Мониторинг окружающей среды, геоэкология, дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия. Сб. материалов междунар. науч. конгресса «ГЕО-Сибирь-2007», Т. 3. - Новосибирск: СГГА, 2007.

3. Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками / Отв. ред. Г.М. Цибульчик. - Новосибирск: ИВМиМГ СО РАН, Филиал «Гео» Издательства СО РАН, 2004.

© А.П. Григорюк, Л.П. Брагинская, 2009