Наша история

История нашей организации началась в 1956 году. На момент написания этого текста нам исполнилось 60 лет! Основные события нашей жизни, работы и развития мы попытались изложить ниже. Надо сказать только, что за 60 лет у нас поработало много замечательных людей и высококвалифицированных специалистов.

С 1956 г. опорным центром для региональной сети сейсмомониторинга на европейском севере России на долгие годы стала станция «Апатиты». Инициаторами ее строительства были председатель Президиума Кольского филиала АН СССР член-корреспондент АН СССР А. В. Сидоренко и руководитель группы геофизики Геологического института КФАН СССР кандидат физико-математических наук Г. Д. Панасенко.

Георгий Данилович Панасенко.

Первоначально (с 1 февраля 1956 г. до июня 1957 г.) станция размещалась в сборном щитовом павильоне без постамента на окраине поселка совхоза «Индустрия» (нынешний микрорайон «Старые Апатиты»). Затем для улучшения условий регистрации сейсмических волн было построено специальное одноэтажное здание в центре зарождающегося вблизи железнодорожной станции Апатиты заполярного Академгородка, который положил начало новому городу, получившему в 1966 году свое имя – Апатиты.

Главной конструктивной особенностью здания было наличие в нем подземного (заглубленного на три метра) бункера с двумя отделениями для размещения сейсмической и наклономерной аппаратуры.

Март 1956 года. Руководство КФАН СССР во главе с чл.-корр. А. В. Сидоренко проверяет ход строительства здания сейсмостанции «Апатиты», осуществляемого по проекту Г. Д. Панасенко (справа в верхней группе).

В 1960 году на базе станции была создана лаборатория сейсмологии Полярного геофизического института Кольского филиала АН СССР, заведующим которой стал Георгий Данилович Панасенко. С 1975 года лаборатория сейсмологии вошла в состав Геологического института Кольского филиала АН СССР.

Лаборатория сейсмологии и ее сотрудники, 1960‑е годы.

В 1976 году на работу в лабораторию сейсмологии пришла Елена Олеговна Кременецкая, ставшая впоследствии, в 1980‑х годах, заведующей этой лабораторией.

Елена Олеговна Кременецкая.

В 70‑х и 80‑х годах в лаборатории проводились активные работы по организации сети сейсмических станций на территории Кольского полуострова, Карелии, Архангельской области и на архипелаге Шпицберген. Создание сети станций было вызвано необходимостью проведения сейсмического мониторинга территории Мурманской области в связи с постоянным увеличением в регионе количества экологически опасных объектов, таких как Кольская атомная электростанция, ядерные объекты Северного флота и др. Кроме того, в связи с проведением крупномасштабных горных работ на рудниках Хибин и планируемыми работами по освоению нефтяных и газовых месторождений на арктическом шельфе, появилась необходимость изучения техногенной сейсмичности.

В дополнение к базовой станции "Апатиты" в это время были открыты сейсмопункты "Полярные Зори" (PLZ) – вблизи от площадки строящейся Кольской АЭС, "Полярный Круг" (PLQ) и "Кемь" (КЕМ) – в районе каскадов гидроэлектростанций в Северной Карелии, "Амдерма"(AMD) на Карскоморском побережье Архангельской области и "Хейс" (KHE) - на острове Хейса (архипелаг Земля Франца-Иосифа).

Под руководством Е. О. Кременецкой в 1980‑х годах были построены, оснащены и введены в эксплуатацию станции "Баренцбург" (BRB) и "Пирамида" (PIR) на архипелаге Шпицберген.

Во всех работах того времени деятельное участие принимал Анатолий Степанович Коломиец. И в дальнейшем, до начала 2000‑х, Анатолий Степанович активно работал - как высококвалифицированный инженер и ученый, а по совместительству водитель и мастер на все руки.

Анатолий Степанович Коломиец.

С целью организации сейсмического мониторинга и прогноза сейсмической опасности европейского севера России Президиумом РАН было принято решение о создании Кольского регионального сейсмологического центра (КРСЦ), который был организован 1 декабря 1991 года на правах научно-исследовательского института при Президиуме КНЦ РАН, а затем был утвержден как самостоятельное научно-исследовательское учреждение в составе Кольского научного центра РАН. Директором сейсмологического центра был назначен кандидат физико-математических наук Кузьмин Игорь Александрович. Кандидат физико-математических наук Елена Олеговна Кременецкая становится заместителем директора по научной работе.

Игорь Александрович Кузьмин.

Для производства сейсмических наблюдений на станции "Апатиты" с 1956 по 1991 гг. использовались аналоговые приборы:

  • четырехкомпонентный комплект сейсмографов (один вертикальный и три горизонтальных) общего типа конструкции Д. П. Кирноса;
  • четырехкомпонентный комплект сейсмографов регионального типа конструкции Д. А. Харина;
  • трехкомпонентный комплект сейсмографов повышенной чувствительности СКМ‑3.

Аналоговая сейсмограмма.

Региональная сеть до 1991 года также состояла из аналоговых сейсмических станций с записью на фотобумагу, которые размещались в следующих пунктах:

  1. г. Апатиты (APA);
  2. ст. Полярный круг (PLQ);
  3. пос. Баренцбург (BAR);
  4. пос. Кемь (KEM);
  5. пос. Полярные Зори (PLZ);
  6. пос. Амдерма (AMD);
  7. о. Хейс (KHE).

Карта аналоговых станций КРСЦ к 1991 г.

В 1991 году Е. О. Кременецкой удалось наладить контакты с норвежским сейсмологическим центром NORSAR. С норвежской стороны большую роль в установлении контактов сыграли директор NORSAR доктор Фроде Рингдал (Frode Ringdal), доктор Свейн Миккельтвейт (Svein Mykkeltveit) и инженер Ян Фьен (Jan Fyen).

Фроде Рингдал (слева) и Ян Фьен (справа).

Благодаря помощи, предоставленной NORSAR, в 1991 году в подвале здания КРСЦ в г. Апатиты была установлена первая цифровая сейсмическая станция. А в 1992 году совместно сотрудниками КРСЦ и NORSAR была построена и введена в эксплуатацию сейсмическая группа. Она расположена в 17 км к западу от г. Апатиты.

Сейсмическая группа "Апатитский ARRAY".

Группа была оснащена 12 короткопериодными сейсмодатчиками S‑500 фирмы Nanometrics, системой сбора и оцифровки данных NORAC производства NORSAR и несколькими радиомодемами для передачи данных в здание КРСЦ в г. Апатиты. Это была первая установка такого типа на Кольском полуострове, да и в России.

В том же 1992 году на крыше здания Геологического института была установлена спутниковая антенна, начался обмен информацией мажду КРСЦ и NORSAR. NORSAR предоставил сотрудникам КРСЦ выход в Интернет. Это был, пожалуй, самый первый Интернет-канал на Кольском!

Установка антенны NORSAT B на крышу здания Геологического института.

В 1993 году была проведена модернизация сейсмостанции Амдерма. Там была установлена сейсмическая группа малой апертуры - micro-array. Данные группы оцифровывались и записывались на кассеты устройства Exabyte, которые пересылались в КРСЦ по почте.

Установка датчиков в флюоритовой штольне пос. Амдерма.

Одним из самых крупных дел того времени была работа по оценке сейсмической опасности площадки Кольской АЭС, в которой мы участвовали в качестве субподрядчика. Большую помощь в этой работе оказал Владимир Васильевич Степанов - геолог, сейсмолог, специалист по оценке сейсмического риска различных объектов ("Атомэнергопроект", впоследствии "Гидропроект"). Был написан большой отчет, в котором детально рассматривались ближайшие сейсмогенные зоны, приводился обзор сейсмичности региона, включая историческую, были построены графики повторяемости и оценены максимальные магнитуды землетрясений. Контакты и сотрудничество с В. В. Степановым продолжалось еще долгие годы.

Владимир Васильевич Степанов.

В 1994 году в КРСЦ, на базе существующей сейсмической группы, впервые в Заполярном регионе был создан и введен в эксплуатацию уникальный сейсмоинфразвуковой комплекс для наблюдения за инфразвуковыми явлениями в полярной атмосфере. Совместно с сейсмическими датчиками малого круга были установлены микробарографы, регистрирующие перепады атмосферного давления, порождаемые инфразвуковыми волнами. На первых этапах в качестве датчиков использовались жидкостные микробарографы отечественного производства (Бовшеверов Б.М., 1979), которые впоследствии были заменены вначале на инфразвуковые датчики К304А мембранного типа, а затем на микробарографы Chapparel версия V.

Расположение датчиков сейсмоинфразвукового комплекса Апатиты.

В 1994 году на работу в КРСЦ пришел Владимир Эрнестович Асминг. С его приходом активизировались работы по автоматизации сбора данных, детектирования и локации сейсмических событий.

Владимир Эрнестович Асминг.

В 1996 году были начаты работы по созданию системы обработки сейсмических данных, включающая в себя процедуры автоматического детектирования и локации сейсмических событий, интерактивного анализа данных (фильтрация, построение спектров и т.д.), ручной локации сейсмических событий и подбора скоростных моделей. Система (программный комплекс) получила название EL (Event Locator).

В 1997 году программный комплекс EL был в основном создан. Система автоматического детектирования и локации сейсмических событий для станций "Апатиты" и "Апатитский ARRAY" была запущена в рутинную эксплуатацию. В это же время начато непрерывное сохранение поступающих данных на постоянных носителях (вначале на магнито-оптических дискетах, потом на компакт-дисках).

Экран компьютера с одной из первых версий EL.

В 1996 году в КРСЦ начал работу кандидат геолого-минералогических наук Сергей Иванович Петров. В 1997 году он занял должность ученого секретаря нашей организации, в которой успешно трудится по сей день.

Сергей Иванович Петров.

29 сентября 1996 года на Кировском руднике ОАО "Апатит" был произведен сильный (несколько сот тонн взрывчатого вещества) подземный взрыв. Этот взрыв был зарегистрирован как нашими станциями, так и скандинавскими сейсмическими группами. Время взрыва было точно измерено, координаты известны. Возникла идея использовать этот взрыв в качестве калибровочного для уточнения скоростной модели для локации событий в нашем регионе.

Такая работа была проведена в 1997‑1998 годах совместно сотрудниками NORSAR и Кольского филиала. Для калибровки было использовано еще несколько событий с известными координатами, в том числе ядерные взрывы, производившиеся на полигоне Новая Земля в 1980‑1990 гг. Было проверено большое количество одномерных (горизонтально-слоистых) моделей, использовавшихся в разных организациях России, Фниляндии, Швеции и Норвегии. Наилучшей оказалась модель, используемая NORSAR, однако она срабатывала не очень хорошо на больших эпицентральных расстояниях. Поэтому модель пришлось дополнить более глубокими слоями согласно глобальной модели IASPEI‑91. Результирующая модель получила название BARENTS.

В 1999‑2003 годах организацией Договора о всеобщем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) в Норвегии, в местечке Холменколлен недалеко от Осло, проводились ежегодные конференции, посвященные калибровке локации сейсмических событий. Была поставлена цель - достичь того, чтобы сейсмические события по всему земному шару лоцировались бы с погрешностью не более 17 км. Дело в том, что максимальная площадь, на которой можно производить инспекцию на месте в случае подозрения на нарушение Договора, не может превышать 1000 км2. Это как раз соответствует кругу радиусом в 17 км.

На конференции эти съезжались эксперты и ученые-сейсмологи со всего мира. Обсуждались проблемы локации, оценки погрешностей, выработки скоростных моделей и т.д. Неоднократно приглашались туда и сотрудники Кольского филиала - И. А. Кузьмин, Е. О. Кременецкая, В. Э. Асминг и А. Н. Виноградов. Они представляли доклады и принимали активное участие в обсуждениях.

Е. О. Кременецкая и И. А. Кузьмин после завершения конференции в Холменколлене.

По результатам обсуждений модель BARENTS была принята организацией ДВЗЯИ в качестве основной для нашего региона.

В 1997‑1998 гг. с помощью сотрудников норвежской сейсмической службы NORSAR была проведена модернизация оборудования на сейсмической обсерватории "Амдерма", одной из важнейших станций наблюдения за сейсмичностью Баренцрегиона. Были созданы две системы сбора цифровой сейсмической информации: для станции DAS 72A фирмы RefTek и для дигитайзеров RD3/RD6 фирмы Nanometrics на базе персональных компьютеров, позволяющие вести регистрацию данных на магнитооптических дисках.

На станции Амдерма впервые был применен подход, при котором исходные данные обрабатывались непосредственно на месте, на компьютере системы сбора. Результаты - бюллетени обнаруженных сейсмических событий, усредненные амплитудные огибающие и краткие фрагменты волновых форм - передавались данных в центр обработки осуществлялась с помощью станции спутниковой связи ИНМАРСАТ.

Результат работы системы Амдерма за одни сутки. Автоматический детектор сработал три раза, одно событие оказалось реальным. В центр обработки переданы огибающие для всех трех срабатываний, реальное событие легко определяется.

Но, одновременно с открытием станции "Амдерма", по разным причинам (недостаток финансирования, отсутствие электроснабжения и др.) были закрыты сейсмостанции Полярный круг (PLQ), Баренцбург (BAR), Кемь (KEM), Полярные Зори (PLZ).

В 1998 году нашей организации, которая раньше располагалась в одном домике Академгородка, том самом, построенном в 1956 году, выделили еще один домик, рядом, за номером 37А.

Новый домик КРСЦ за номером 37А.

С 1 апреля 1999 года постановлением Президиума РАН Кольский региональный сейсмологический центр был выведен из состава Кольского научного центра и включен в Геофизическую службу РАН, сохранив при этом научные контакты с Кольским научным центром. В дальнейшем Кольский региональный сейсмологический центр был переименован в Кольский филиал Геофизической службы РАН, но сохранил и первое свое название, более известное в сейсмологической среде - Кольский региональный сейсмологический центр.

17 августа 1999 года в Ловозерском горном массиве, непосредственно в шахтном поле рудника Умбозеро, произошло сильнейшее на Кольском полуострове техногенное землетрясение (магнитуда, по разным оценкам, составила от 3.9 до 4.4). В результате толчка были разрушены горные выработки, перебиты энергетические коммуникации, рудник был полностью остановлен и выведен из строя на 3.5 месяца [Козырев А.А. и др., 2002].

Сейсмические события в районах рудников в Ловозерском массиве наблюдались и ранее, но не привлекали к себе внимания, так как связывались с горными работами. Землетрясение 17 августа привело к активизации работ по мониторингу сейсмической активности массива.

Рудники и места землетрясений в Ловозерском горном массиве.

В 1999‑2000 годах NORSAR передал нам несколько 3‑компонентных короткопериодных сейсмостанций GBV 316 фирмы GeoSIG (Швейцария). Испытания станций показали, что, несмотря на то, что к ним в комплекте прилагались GPS‑приемники, привязка данных к точному времени не происходила вовсе, по всей видимости, из-за ошибки внутренней микропрограммы.

Станция GBV 3168 и ее привязка ко времени.

Без привязки ко времени станции были бесполезны, поэтому пришлось делать "самопальную" систему. GPS‑приемник был отсоединен от станции и подключен к компьютеру. По команде компьютера приемник включал передачу последовательности секундных синхроимпульсов, которые записывались на один из каналов станции. По другой команде передача синхроимпульсов выключалась в момент времени, кратный целому числу минут. Таким образом, передний фронт последнего импульса серии соответствовал началу новой минуты.

В таком варианте станции уже стало возможно использовать, и они широко использовались в 2000‑2007 годах, в том числе как полевые, переносные.

В 1999‑2000 годах сотрудниками КРСЦ были установлены две цифровых сейсмостанции GBV 3168 в Ловозерском массиве, на рудниках Умбозеро и Карнасурт. Особенно продвинутой была система, установленная на руднике Умбозеро. Сейсмодатчик, установленный внутри рудника в наблюдательном квершлаге, был подключен к компьютеру, производящему сбор данных и предварительное детектирование и локацию сейсмических событий непосредственно на месте. При помощи пары модемов этот компьютер был соединен с другим, установленным в управлении рудника. По команде из рудоуправления компьютер системы сбора передавал информацию об обнаруженных событиях, которая отображалась на карте. Система использовалась службой предупреждения горных ударов до самого закрытия рудника в 2004 году и получила высокую оценку специалистов рудника.

В. Э. Асминг с системой сбора в наблюдательном квершлаге рудника Умбозеро.

В 1999‑2000 годах к нам пришли новые молодые сотрудники - аспиранты Матвей Журков и Сергей Баранов. Они активно включились в работу. Матвей написал довольно продвинутую по тому времени программу анализа записей для недавно полученных станций GBV‑316, программу доступа к норвежским данным. Эти программы, модифицированные, конечно, исполльзуются в КРСЦ и по сей день. Сергей подключился к работе по упомянутой выше системе для Умбозерского рудника, в частности, сделал процедуру различения записей реальных сейсмических событий от шума при помощи нейронной сети.

Сергей Баранов и Матвей Журков.

К сожалению Матвей Журков проработал у нас недолго, переехал в Санкт-Петербург. А Сергей Баранов остался и успешно работает у нас до сих пор, защитил кандидатскую диссертацию, стал большим специалистом по афтершоковым последовательностям сильных землетрясений.

В 2000 году КРСЦ выполнил работу по изучению сейсмогенных зон района Кольской АЭС. На этот момент у нас уже был накоплен большой объем цифровых данных. Данные были еще не упорядочены, часть сейсмических событий, особенно, слабых, не выявлена. В. Асминг, С. Баранов и М. Журков просмотрели все имеющиеся записи, отобрали и аккуратно слоцировали сейсмические события и по мере возможностей отделили взрывы от землетрясений. Получился каталог, включающий даже весьма слабые события. Приехавший к нам осенью Владимир Васильевич Степанов помог в написании окончательного отчета по этой работе.

Большой объем исследований в этот период был выполнен в части выработки критериев различия взрывов и землетрясений. В частности, было однозначно идентифицировано событие, связанное с взрывом и трагической гибелью подводной лодки "Курск" 12 августа 2000 года. Координаты взрыва были определены с малой погрешностью. Специалисты КРСЦ оказали помощь командованию Северного флота в анализе причин катастрофы.

2001 год ознаменовался тем, что вновь были начаты сейсмологические наблюдения на архипелаге Шпицберген с установкой там цифровой станции GBV‑316, которая, в частности, начала наблюдения за техногенной сейсмичностью рудника "Баренцбург".

В работах на Шпицбергене активное участие приняли Елена Олеговна Кременецкая и Яков Иванович Филатов.

Е.О. Кременецкая за измерением сейсмического шума (слева) и Яков Филатов (справа).

В 2001 году исполнилось 10 лет нашему сотрудничеству с NORSAR, которое активно продолжалось все это время. По этому поводу в Апатитах был устроен семинар, на котором обсуждались вопросы дальнейшей кооперации. В семинаре участвовали с норвежской стороны директор NORSAR Андерс Дале, директор Национального цетра данных Норвегии Ян Фьен, доктор Иоханнес Швейцер, инженер Нильс Шьёен. С российской стороны участвовали президент Кольского научного центра РАН Виктор Трифонович Калинников, ученый секретарь КНЦ РАН Анатолий Николаевич Виноградов, директор Геофизической службы РАН Олег Евгеньевич Старовойт и, конечно, сотрудники КРСЦ.

Встреча, посвященная 10-летию сотрудничества КРСЦ-NORSAR. Слева-направо: Е. О. Кременецкая, О. Е. Старовойт, Андерс Дале, И. А. Кузьмин, В. Т. Калинников, А. Н. Виноградов.

Сотрудники NORSAR передали нам в подарок картину, которая до сих пор украшает стену одного из офисов.

И. А. Кузьмин и Е. О. Кременецкая у картины, подаренной NORSAR.

В 2002 г. в целях проверки и уточнения скоростной модели региона дополнительно были установлены временные сейсмостанции в г. Мончегорске (система на базе станции GBV 3168) и г. Заполярный. Наиболее сложной для локации сейсмических событий является среда в районе Хибинского и Ловозерского горных массивов. Применение однородных или одномерных скоростных моделей для локации событий, произошедших здесь, приводило к большим погрешностям. Для уточнения скоростной модели 10 сентября 2002 года в Ловозерском массиве был проведен калибровочный взрыв.

2 тонны взрывчатого вещества было подорвано в заброшенной штольне, которая в результате была полностью разрушена. Магнитуда сейсмического события, вызванного взрывом, равнялась 1.7.

Мешки с взрывчаткой в заброшенной штольне.

Событие, порожденное взрывом, оказалось слабым, хорошо его зарегистрировали только станции "Апатиты" и "Апатитский ARRAY". Оно не позволило получить полного представления о скоростном устройстве массивов и окружающей их среды. Однако его оказалось возможным использовать в качестве опорного для локации землетрясений в Ловозерском массиве. Точность локации при этом существенно возросла, и выяснилось, что все эти события происходят в пределах шахтных полей рудников Умбозеро и Карнасурт.

В 2003 году, в связи с выездом на постоянное место жительство в Москву Игоря Александровича Кузьмина, директором Кольского регионального сейсмологического центра ГС РАН был назначен Виноградов Анатолий Николаевич. В то же время на работу в Центр пришел Юрий Анатольевич Виноградов, к тому времени имевший уже богатый опыт работы в геофизике (лаборатория геоэлектрики Геологического института КНЦ РАН, а затем - Кировский рудник).

Анатолий Николаевич и Юрий Анатольевич Виноградовы.

Программный комплекс EL, исходно созданный в КРСЦ для операционной системы Ms/DOS, в 2003 году был переработан для Windows-совместимых операционных систем. В результате существенно увеличилось его быстродействие и доступный объем оперативной памяти, система приобрела потенциал для дальнейшего развития.

Для увеличения чувствительности сейсмоинфразвукового комплекса и повышения точности локации акустических событий, были выполнены работы по его техническому переоснащению. Датчики К304А были заменены на микробарографы CHAPARRAL Model V, производства США, имеющие более широкий частотный диапазон и лучшую чувствительность. Создана и установлена на инфразвуковом комплексе современная система пространственных фильтров. Разработана и развернута система сбора и обработки акустических данных, проведены исследования в области совершенствования методики наблюдений.

Пространственный фильтр для датчика Апатитской инфразвуковой группы.

2004 год запомнился защитой Ю. А. Виноградовым и В. Э. Асмингом кандидатских диссертаций. Виноградов защитил диссертацию на тему совместного использования сейсмического и инфразвукового методов мониторинга, а Асминг - о создании упомянутого выше комплекса EL.

Также в 2004 году из-за проблем с энергоснабжением была закрыта станция "Амдерма".

А в октябре 2004 года нас покинула Е. О. Кременецкая, переехав на постоянное место жительство в г. Москву. Отдав столько лет нашей организации, Елена Олеговна не потеряла с ней связь и до сих пор представляет наши интересы в различных организациях г. Москвы. Заместителем директора по научной работе был назначен Ю. А. Виноградов.

В 2005 году Юрием Виноградовым были установлены контакты с представителями Федерального космического агентства "Роскосмос". Они проинформировали нас о проблеме поиска обломков возвратившихся в плотные слои атмосферы отработанных ступеней ракет-носителей.

Отработанные ступени ракет распадаются в атмосфере и падают в заданные районы. Иногда отдельные фрагменты вылетают за пределы районов. Такие случаи должны быть расследованы, по результатам расследования вносятся изменения в конструкцию ракеты. Большие фрагменты содержат остатки ядовитого топлива и должны быть деактивированы. В некоторых случаях от падения фрагментов может загореться лес. Поэтому очень важно находить эти фрагменты как можно скорее. Для этого существуют специальные поисковые команды, но их работа затруднена тем, что фрагменты, как правило, падают в труднодоступной, пересеченной местности, а площади районов падения достигают тысяч квадратных километров.

Схема полета ракеты и возврата ступеней.

Нас попросили представить предложения по локации этих обломков геофизическими методами.

Для локации нами был предложен сейсмический метод. Поскольку в КРСЦ не имелось записей сигналов от падения фрагментов ракет, анализ был проведен на примере записей обрушений породы на рудниках, как наиболее близких аналогов. В результате было показано, что во многих вариантах (достаточное количество станций, разворачивание малоаппертурных групп) возможно достижение удовлетворительной точности локации крупных фрагментов (первых ступеней). Однако, требовались натурные испытания.

Так началась многолетняя совместная работа с "Роскосмос", которая привела, в конце концов, к созданию эффективной технологии локации падающих фрагментов, основанной, правда, не на сейсмическом методе, а на регистрации инфразвука.

В 2006 году большое внимание уделялось вопросам мониторинга инфразвука. Был разработан детектор приходов инфразвуковых волн (когерентных сигналов), дающий очень малое количество ложных срабатываний. Проведены методические работы, имеющие целью установить чувствительность детектора в различных полосах частот, попытаться оценить предельное расстояние, на котором СИЗК "Апатиты" ощущает акустические события, попытаться понять, каковы источники инфразвуковых событий, детектируемых в различных полосах частот.

Было обнаружено большое количество любопытных инфразвуковых событий. В частности, найдены сигналы от взрывов в районе Курской магнитной аномалии на расстоянии около 1700 км от источника. Данные события были также зарегистрированы инфразвуковой группой в Казахстане, по записям нашей и казахстанской групп удалось произвести приблизительную локацию события.

Локация взрыва на Курской Магнитной Аномалии.

Для анализа инфразвуковых сигналов была сделана программа BarPlot. Она позволяла строить картины кросс-корреляции или когерентности каналов инфразвуковой группы в зависимости от времени. Стало возможным заметить изменение азимута на инфразвуковой сигнал в зависимости от времени. Был обнаружен ряд сигналов с изменяющимися азимутами. Некоторые из них соответствовали пускам ракет с космодрома "Плесецк".

Образы экрана при работе программы BarPlot. Вверху - исходный сигнал, внизу - зависимость кросс-корреляции каналов от времени и азимута. Видно, что азимут прихода сигнала долгое время не менялся.

Работа с "Роскосмос" была продолжена в 2007 году. Появилась возможность проверить наши предположения экспериментально, на реальном пуске ракеты-носителя "Союз". И вот в октябре 2007 года команда КРСЦ в составе Ю. А. Виноградова, В. Э. Асминга, В. Н. Коцубы, Д. В. Снегова и В. О. Постнова отправилась в Казахстан, где в степи неподалеку от г. Жезказган располагался район падения первых ступеней ракет-носителей "Союз".

Команда была оснащена 5 переносными сейсмическими станциями GBV 3168 с системами сбора на базе ноутбуков.

Переносная станция GBV 3168 и система сбора.

Перед пуском была откалибрована скоростная модель региона, для чего проведено несколько калибровочных взрывов.

Калибровочный взрыв в степи. На переднем плане видна сейсмостанция, регистрирующая момент взрыва.

Запись собственно падений производилась пятью сейсмостанциями, установленными за пределами района падения. Как обычно, возвращающаяся первая ступень распалась на 4 крупных фрагмента (маршевые двигатели), падающие отдельно. Все они были найдены группой поиска, так что наша локация легко проверялась.

Расстановка станций, истинные места падений и результаты локации.

Зарегистрированные сейсмические сигналы оказались не очень отчетливыми. Отчасти это объяснялось неудачными постаментами, высоким уровнем помех. Отчасти, возможно, тем, что сигналы от упавших почти одновременно фрагментов перекрылись. Точно (с погрешностью менее 1 км) удалось слоцировать только один фрагмент.

Сейсмические сигналы и локация фрагмента.

На сейсмических записях мы заметили мощные сигналы, вызванные приходами ударных волн, порожденных объектами, двигавшимися со сверхзвуковой скоростью. Была предпринята попытка слоцировать объекты по этим сигналам, как мы сейчас понимаем, попытка неправильная, но давшая самосогласованный и недалекий от истины результат.

Сигналы, порожденные ударными волнами. Попытка локации.

Таким образом, принципиальная применимость сейсмического метода для локации крупных обломков была доказана. Но возникла идея использовать для локации инфразвуковые ударные волны, порождаемые сверхзвуковым движением обломков. Многие люди из групп поиска, бывавшие вблизи районов падения во время пусков, прекрасно слышали сильные "хлопки", порождаемые даже мелкими фрагментами вторых ступеней. Эта идея и была впоследствии реализована и привела к выработке работоспособной технологии локации.

В 2007 году КРСЦ оказался вовлечен в еще один интересный международный проект. В то время Министерство иностранных дел Норвегии выделило некоторые деньги на помощь республике Кыргызстан. Часть этих денег пришлась на грант по поддержке сейсмологии республики, и выиграла этот грант организация, с которой мы дружили уже 16 лет - NORSAR.

Сотрудники NORSAR Ян Фьен, Свейн Миккельтвейт, Тормод Кваерна и Иоханнес Швейцер посетили Институт сейсмологии Национальной Академии Наук республики Кыргызстан в Бишкеке. Было принято решение закупить для Института несколько цифровых длиннопериодных датчиков фирмы Guralp и соответствующих дигитайзеров для переоборудования сети сейсмостанций республики (на тот момент, состоящей полностью из аналоговых станций еще советского производства).

Когда этот план начал реализовываться, оказалось, что большинство программ сбора и обработки данных, которые разработал или которыми пользовался NORSAR, очень трудно внедрить в Кыргызстане. Они написаны под операционные системы компьютеров линии Sun, которые совершенно не распространены в Кыргызстане. Кроме того, англоязычный интерфейс делал освоение таких программ очень сложным для рядовых сотрудников сейсмостанций.

Поэтому NORSAR предложил КРСЦ поучаствовать в проекте. Владимир Асминг выехал в Норвегию, где, после активных дискуссий с Яном Фьеном и Иоханнесом Швейцером, им была написана программа GcfUdp. Программа умела перехватывать данные, поступающие с дигитайзера Guralp в "родную" программу Scream, "на лету" конвертировать эти данные в общераспространенный формат CSS 3.0. Также "на лету" программа могла детектировать сейсмические события по отдельной трехкомпонентной станции и предварительно (грубо) определять их координаты. В этой части данная программа была прямым потомком систем, установленных в конце 1990‑х годов в пос. Амдерма и на руднике Умбозеро.

В ноябре 2007 года В. Асминг выехал в Бишкек, где установил программы GcfUdp и EL на сейсмостанции Фрунзе и обучил персонал станции работе с ними.

В. Э. Асминг с участниками проекта на сейсмостанции Фрунзе, Бишкек.

Впоследствии пара программ GcfUdp и EL была установлена на всех созданных цифровых станциях Кыргызстана. К немалому удивлению даже создателя, программа GcfUdp очень неплохо, с малым количеством ложных срабатываний, детектировала местные землетрясения. Это объясняется добротными постаментами, сделанными в советское время, низкими уровнями шума и "классическим" видом записей событий, с выраженными P и S‑волнами и четкой поляризацией. С минимальными изменениями эти программы работают в Кыргызстане и по сей день.

По результатам поездки между Кольским филиалом Геофизической службы РАН и Институтом сейсмологии Национальной Академии Наук республики Кыргызстан был заключен договор о научно-техническом сотрудничестве.

Надо отметить, что программа GcfUdp, созданная для Кыргызстана, впоследствии оказалась очень полезной и для нас. Когда в Кольском филиале появились датчики Guralp, эта программа, после небольшой модернизации, была применена для архивирования данных и передачи их в центр обработки. И по сей день она работает на станциях BRBA и BRBB на архипелаге Шпицберген.

Кроме того, с 2007 года Кольский филиал ГС РАН совместно с Институтом Динамики Геосфер (ИДГ РАН) участвует в международном проекте POLENET/LAPNET, являющимся продолжением проекта SVEKALAPKO. КФ ГС РАН установил 2 временных сейсмических станции "Тулома" (TUL) и "Лотта" (SVET), вошедших вместе с сейсмическими станциями "Ёна" (ENA) и "Аллакурти" (ALAK), установленными ИДГ РАН, в сеть сейсмических станций данного проекта. Для расширения собственной сети наблюдений и контроля сейсмического режима в районе строительства опасных инженерных сооружений (завод СПГ в пос. Териберка) в декабре 2007 года была установлена еще одна цифровая станция в п. Туманный (TUM).

Помимо указанных выше временных станций для изучения техногенной сейсмичности, обусловленной взрывными работами ОАО "ОЛКОН" (Оленегорский ГОК) на короткое время (13.09.2007‑6.12.2007) была введена в эксплуатацию сейсмическая станция "Оленегорск" (OLEN), по данным которой произведена оценка сейсмического воздействия промышленных взрывов на здание котельной ООО "Тепловой энергетический комплекс".

Сеть сейсмостанций на Кольском полуострове, 2007 год.

Продолжались в 2007 году и работы по с инфразвуковой группой (СИЗК). Поскольку одной такой группы недостаточно для локации источников сигналов, мы попытались привлечь к обработке данные шведско-финской сети инфразвуковых групп, установленной и обслуживаемой Шведским институтом космической физики (г. Лулео).

Была создана программа ассоциации инфразвуковых сигналов, пришедших на разные группы, проведен эксперимент по локации акустических событий. В результате было обнаружено и успешно слоцировано несколько десятков событий, в том числе, взрывов, проводившихся финскими военными для уничтожения устаревших боеприпасов. Зарегистрировано несколько пусков ракет с космодрома Плесецк.

Локация финских военных взрывов по инфразвуковым группам.

Обработка записи пуска с космодрома Плесецк программой BarPlot. Видно изменение азимута сигнала в зависимости от времени.

На примере повторяющихся сейсмоакустических событий (взрывы устаревшего оружия в Финляндии, карьерные взрывы в г. Заполярный) проведено исследование влияния метеорологических условий на прохождение сигнала до Апатитской группы. Для приходов фазы Iw (тропосферный приход) выведено эмпирическое правило, предсказывающее существование или отсутствие такового прихода. Начата работа по сопоставлению данных зондирований атмосферы в районе г. Кандалакша с приходами волн Is (стратосферный приход) с целью уточнения параметров акустического волновода. Проведено сравнение статистики приходов микробаром из района Северной Атлантики с теоретическими расчетами, выполненными сотрудниками Института физики Солнца и Земли СО РАН методом потенциала акустического канала. Обнаружено хорошее совпадение результатов.

Финские военные взрывы эти оказались весьма интересны для изучения распространения инфразвука. Происходили они всегда на одном и том же полигоне, координаты которого известны с точностью до нескольких десятков метров. Времена несложно вычисляются по сейсмическим данным. Этими взрывами заинтересовался зам. директора Института физики атмосферы Сергей Николаевич Куличков. Несколько раз к нам в филиал приезжала его команда, регистрировавшая эти взрывы своими системами. Мы оказывали им содействие, обменивались данными и сделали совместную работу по оценке влияния ветров в стратосфере на азимуты приходов сигналов.

2 февраля 2008 года в 2 ч 46 м 21 сек (GMT) на юге между островом Западный Шпицберген и островом Эдж (залив Стурфиорд) произошло самое сильное землетрясение за всю историю инструментальных инструментальных наблюдений в районе архипелага. По различным оценкам магнитуда землетрясения составляла от 5.9 до 6.2. Событие вызвало огромное количество афтершоков, их последовательность не затихла и спустя 8 лет.

Места сильных землетрясений района архипелага Шпицберген.

Это землетрясение и его афтершоки активно изучались на протяжении нескольких следующих лет. В частности, оно дало толчок развитию методов автоматического обнаружения слабых событий по данным сейсмических групп. Было показано, что данныя афтершоковая последовательность не подчиняется закону Омори. Об этих результатах будет упомянуто ниже.

К 2008 году стало ясно, что система сбора данных, установленная на Апатитской сейсмической группе в 1992 году при помощи специалистов NORSAR, морально устарела. Данные оцифровывались 12‑разрядными дигитайзерами фирмы Nanometrics 1989‑го года, привязывались к точному времени посредством устарелого GPS‑приемника, а антиалиасинговые фильтры вносили задержку в сигнал.

Поэтому было принято решение создать новую систему сбора данных на замену старой. После изучения предложения на рынке выбрали 24‑разрядные аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) E‑24 фирмы L‑card (Россия). Достоинством этих АЦП является наличие так называемого "сухого контакта", то есть, бинарного входа, сигнал с которого передается одновременно с оцифрованным аналоговым сигналом. Это очень упрощает привязку данных ко времени, позволяя считывать синхроимпульсы GPS‑приемника.

АЦП E‑24 фирмы L‑card и GPS‑приемник GARMIN.

Для привязки ко времени выбраны GPS‑приемники 18x LVC фирмы GARMIN, работающие по NMEA‑протоколу с последовательным интерфейсом. Была куплена пара быстрых радиомодемов.

К середине года система сбора на базе новых АЦП была, в основном, разработана. Она включала в себя собственно программу считывания данных с АЦП и привязки ко времени, а также ряд сервисных программ - конвертации данных в формат CSS 3.0, передачи и приема данных через радиомодемы и т.д. Был разработан формат дисковых кольцевых буферов UniDL, который впоследствии стал стандартом де-факто для систем сбора данных, разрабатываемых в нашей организации.

Схема системы сбора для АЦП E‑24, созданной в Кольском филиале.

Система получилась модульной, программы легко комбинируются и настраиваются. Программа сбора может принимать данные одновременно с нескольких АЦП, объединять их и привязывать к точному времени, сохранять либо в файлах формата CSS 3.0, либо в кольцевых буферах нового формата UniDL. При наличии обрабатывающих программ, умеющих читать данные из таких буферов, можно сконфигурировать систему для обработки данных непосредственно на компьютере-сборщике. Передача данных в центр обработки производится независимыми от сборщика программами, которые могут работать как через радиомодемы, так и через Интернет.

В 2008 году в Кольский филиал пришел Андрей Федоров, в то время студент последнего курса ПетрГУ. Ему был нужен руководитель для написания диплома, которым стал Владимир Асминг.

Андрей Федоров.

Темой диплома Федорова выбрали создание новой системы сбора данных. После длительных совместных обсуждений была разработана надежная система привязки ко времени, разбирающая практически все возможные ошибки. Летом 2008 года новая система была установлена на Апатитской группе параллельно со старой. Активное участие в этой работе принял инженер-электроник Владимир Николаевич Коцуба.

Владимир Николаевич Коцуба.

По результатам этой работы Андрей Федоров успешно защитил диплом, поступил в аспирантуру и был принят на постоянную работу в нашу организацию. А новая система сбора продолжала работать параллельно старой до 2011 года, когда она полностью заменила старую.

В это же время было закуплено несколько 4‑канальных 24‑разрядных АЦП ЛАИ‑24 фирмы Руднев-Шиляев (Россия) с USB‑интерфейсом. По своим характеристикам эти АЦП не уступали уже опробованным E‑24 и даже превосходили их. Достоинством была возможность установить высокую частоту оцифровки, что позволяло реализовать цифровой антиалиасинговый фильтр. Недостатком было отсутствие синхронизированного с аналоговым бинарного входа для привязки синхроимпульсов GPS. Тем не менее была создана система сбора, которая решила эту проблему. Синхроимпульсы GPS‑приемника подавались на один из каналов АЦП, моменты их фронтов определялись программно.

АЦП ЛАИ‑24 USB фирмы Руднев-Шиляев.

Система сбора для этого АЦП оказалась удачной и до сих пор эксплуатируется в Кольском филиале, в частности, на сейсмостанции Териберка. Также она передана в Институт сейсмологии НАН республики Кыргызстан, где ею оборудовано несколько сейсмостанций.

Изучая статистически автоматический бюллетень NORSAR GBF, мы обнаружили сезонную периодичность количества сейсмических событий на архипелаге Шпицберген. Эта периодичность не наблюдалась при аналогичном анализе примыкающих к архипелагу акваторий.

Сезонная периодичность сейсмичности Северо-Восточной Земли, Шпицберген.

Как видно, количество сейсмических событий существенно возрастает осенью, в течение сентября-октября. Вначале это наблюдение вызвало скептические оценки. Высказывалось мнение, что периодичность связана с периодичностью в изменении уровня сейсмического шума - чем выше шум, тем меньше детектируется событий, и наоборот. Однако исследование уровня шума показало, что в данном случае и уровень шума, и количество событий возрастают синхронно - осенью. Стало ясно, что мы наблюдаем реальное явление. Ничем другим, кроме как активностью ледников Шпицбергена, объяснить его мы не смогли. Очевидно, большую часть бюллетеня GBF для данной местности составляют льдотрясения и прочие сигналы, связанные с ледниками. Это привлекло внимание сотрудников Кольского филиала к проблеме изучения активности ледников, которой было уделено немало внимания в последующие годы.

Продолжились и работы по детектированию и локации инфразвуковых событий. Из Интернет были скачаны и адаптированы к использованию в филиале глобальные модели атмосферы MSIS90 и ветра HWM93. Изучена теория и написана программа трассировки распространения звука в приближении лучевой акустики RayTracer. Эти работы оказались очень полезными впоследствии, при создании системы локации падающих фрагментов ракет-носителей.

В 2009 году были возобновлены работы с "Роскосмос". На этот раз появилась возможность проверить идею о локации падающих обломков с помощью инфразвуковых групп, по генерируемым летящими на сверхзвуковых скоростях фрагментами ударным волнам. Но для того, чтобы это сделать, понадобился инструмент, т.е. собственно инфразвуковые группы, которые можно было бы быстро развернуть вокруг района падения.

Такие группы было решено делать на базе уже опробованного АЦП E‑24, для которого была написана система сбора данных. Для регистрации инфразвука закупили низкочастотные микрофоны MP201 фирмы BSWA TECH. Инженер В. Н. Коцуба собрал всю систему воедино.

Мобильная инфразвуковая группа.

Естественно, созданную группу необходимо было испытать. Сотрудники филиала Ю. Виноградов, В. Асминг, В. Коцуба и А. Федоров несколько раз выезжали на местность и разворачивали группу. Для порождения сигналов использовали фейерверки и петарды. По зарегистрированным сигналам определяли азимуты и сравнивали их с реальными.

Испытания мобильной группы в аэропорту Кировск.

Испытания мобильной группы в пос. Залесье.

Затем последовали поездки на реальные пуски. В Казахстан, на падение первой ступени ракеты-носителя "Союз", а затем на вторые ступени - на Алтай, в район Телецкого озера, в Томскую облась и в Восточный Казахстан (район г.Усть-Каменогорск). Во всех экспедициях бессменно участвовали Ю. Виноградов и В. Коцуба, а в части из них - В. Асминг и А. Федоров.

Установка микрофона в тайге на Алтае, берег Телецкого озера.

В результате этих поездок был накоплен большой массив данных. Оказалось, что вторые ступени ракет-носителей, возвращаясь в атмосферу, распадаются на большое количество (сотни) обломков, каждый из которых генерирует свою ударную волну.

Запись падения второй ступени ракеты "Протон" тремя инфразвуковыми группами, расположенными в районе Телецкого озера, Алтай.

На каждую группу пришло большое количество коротких (десятые доли секунды) импульсных сигналов, азимуты и кажущиеся скорости подхода которых сильно варьировали. Было совершенно непонятно, как обрабатывать такие импульсы, даже как понять, какие из импульсов на разных группах соответствуют одному и тому же событию. Надежды на то, что удастся слоцировать точки на таректориях по пересечению азимутов не оправдались.

На протяжении всего года мы пробовали разные варианты. Учились считать времена пробегов инфразвуковых волн в атмосфере, для чего пригодилась программа трассировки лучей, сделанная в 2008 году. Разбирались с моделями атмосферы и ветра. Но работоспособной идеи локации так и не породили.

Работа на "Роскосмос" дала неожиданный, но очень полезный результат. При испытании мобильных групп встал вопрос - как измерить координаты микрофонов после их установки? Ошибка однократного замера GPS‑приемником может достигать нескольких десятков метров, что совершенно неприемлемо, учитывая, что апертура группы всего около 200 м.

Попробовали измерять координаты много раз и усреднять результат, для чего была написана небольшая программа. Получилось неплохо, усреднение за 20‑30 минут давало уже достаточную точность 2‑3 метра.

Измерение координат GPS‑ом. Показан "ход" замеров за полчаса в метрах.

Естественно, получив такой инструмент, мы отправились на наш сейсмоинфразвуковой комплекс перемерять координаты датчиков. Новые координаты оказались несколько отличными от использовавшихся раньше, так, ошибка в координатах одного из барографов оказалась около 20 метров! Это было причиной систематической ошибки в определении азимутов, замеченной ранее. С исправленными координатами все системы стали работать заметно точнее.

Продолжались и другие работы, в том числе, связанные с обработкой инфразвуковых данных. Был усовершенствован детектор инфразвуковых сигналов, по договоренности с NORSAR нам стали передавать данные экспериментальной инфразвуковой установки, расположенной на группе ARCES в северной Норвегии. Была написана программа ассоциации сигналов, в режиме почти реального времени стал генерироваться бюллетень инфразвуковых событий, обнаруженных и совместно слоцированных нашими двумя системами.

В результате работы системы было обнаружено и слоцировано большое количество инфразвуковых событий. Природу их только по записям инфразвука установить невозможно. Много повторяющихся одинаковых событий шло из районов Ботнического залива и Ладожского озера.

Повторяющиеся инфразвуковые события, слоцированные по группам Апатиты и ARCES.

Для оценки сейсмичности в районе предполагаемого строительства Северной приливной электростанции в губе Долгая-Восточная Мурманской области были установлены 4 временных трехкомпонентных станции GBV‑316.

Временные сейсмостанции в районе губы Долгая.

Станции отработали в период с 1 июня по 26 августа 2009 года.

По результатам наблюдений информация о сейсмичности территорий передавалась в Министерство экономического развития Мурманской области, в Администрацию г. Мурманска, в Министерство энергетики и жилищно-коммунального хозяйства Мурманской области.

А одна из станций, расположенная рядом с метеостанцией (MET), была оставлена для постоянной работы. Впоследствии там сменили оборудование (вместо станции GBV 3168 поставили современный датчик фирмы Guralp и систему сбора на базе АЦП ЛАИ‑24, установили связь с центром обработки данных через мобильный Интернет). Станция получила название "Териберка" (TER) и успешно работает и по сей день.

А по совместному норвежско-кыргызско-российскому проекту в конце года к нам на обучение приехал молодой инженер-сейсмолог из Бишкека Талант Алтынбек уулу.

Талант Алтынбек уулу, инженер-сейсмолог из Бишкека.

Симпатичный молодой парень быстро установил дружеские контакты с нашими сотрудниками, ну а мы с удовольствием показывали ему тонкости работы с программами и оборудованием. Дружеское общение с ним продолжается до сих пор.

В 2009 году Андрей Федоров определился с темой будущей диссертации. Сейсмический процесс, порожденный сильным землетрясением в заливе Стурфиорд, вовсю продолжался. Там стали происходить весьма сильные землетрясения, чего не наблюдалось ранее. Возникло подозрение, что данная последовательность афтершоков не подчиняется известному закону Омори об экспоненциальном затухании. Изучать этот процесс стало очень интересно, это и стало темой диссертации. Научными руководителями Федорова стали В. Э. Асминг и доктор геолого-минералогических наук А. А. Жамалетдинов.

Для детального изучения процесса возникло желание получить как можно более полную картину процесса. Это означало научиться детектировать как можно более слабые события с минимальными пропусками и с минимальным количеством ложных срабатываний. В. Э. Асминг и А. В. Федоров активно занялись поисками перспективных алгоритмов детектирования и локации слабых событий, особенно по отдельной сейсмической группе, поскольку ближе всего к зоне афтершоков находилась очень чувствительная норвежская группа "Шпицберген".

Хорошим результатом этой работы в 2009 году стало изобретение алгоритма "совместный beamforming" или "совместное формирование пучка". Собственно beamforming - суммирование записей отдельных датчиков группы со сдвигами, зависящими от предполагаемых азимута и скорости прихода волны - известен в сейсмологии давно. Совместный beamforming предполагал то же самое, но одновременно для двух участков записи - содержащих фрагменты P и S‑волны. Сдвиги для фрагмента S‑волны были пропорциональны сдвигам P, но в VP/VS длиннее (VP и VS - скорости P и S‑волн непосредственно под группой.

Записи сдвигаются и складываются. Сдвиги для фрагмента S‑волны примерно в 1.7 раза длиннее.

Идея оказалась работоспособной. Алгоритм позволял более устойчиво рассчитывать азимуты на события и проверять, является ли пара вступлений волн именно соответствующими друг другу вступлениями P и S.

Наступил 2010 год. Одним из первых серьезных событий года стало начало сотрудничества со службой предотвращения горных ударов ОАО "Апатит".

Сейсмические сети ОАО "Апатит" и Кольского филиала.

Разговоры об этом велись давно, еще с 2000‑ного года. Дело в том, что у ОАО "Апатит" есть собственная сейсмологическая сеть, состоящая из большого количества датичков, велосиметров и акселерометров. Сеть охватывает территории двух рудников - Кировского и Расвумчоррского. С помощью калибровочных взрывов там очень точно измерены скорости пробега сейсмических волн по различным путям, поэтому ошибка локации событий на территории этих рудников не превышает 10-15 метров.

Однако, сеть ОАО "Апатит" в силу заложенных в основу ее работы алгоритмов, не способна обнаруживать и лоцировать события за пределами зон рудников. Сеть Геофизической службы РАН, в которую входят станции Кольского филиала "Апатиты" и "Апатитская группа", а также станция "Ловозеро", обнаруживают и лоцируют события на всей территории Кольского полуострова.

Поэтому казалась разумной и долгое время обсуждалась идея объединения сейсмосетей Кольского филиала и ОАО "Апатит", точнее, выработка процедур совместной обработки их данных. И вот, наконец, в феврале 2010 года эта работа была начата. В ОАО "Апатит" в ней участвовали начальник сейсмостанции Михаил Васильевич Аккуратов и инженер Павел Корчак.

М. В. Аккуратов и П. Корчак осматривают Апатитскую сейсмическую группу.

В Кольском филиале этой работой занялись В. Э. Асминг, А. В. Федоров и Ю. А. Виноградов. Были выполнены следующие работы:

  • Разработана пара программ - клиент и сервер. Клиент установлен в Центре Геофизического Мониторинга (ЦГМ) ОАО "Апатит", сервер - в КоФ ГС РАН. По запросу клиента сервер передает клиенту списки обнаруженных автоматической системой КоФ ГС РАН сейсмических событий и волновые формы сейсмостанций.
  • Написаны программы конвертации данных из внутреннего формата ОАО "Апатит"в стандартный сейсмологический формат CSS 3.0.
  • На базе программы EL была разработана программа совместной локации сейсмических событий LORS. По сравнению с EL программа приобрела ряд новых возможностей - расчет магнитуд как по акселерометрам, так и по велосиметрам, возможность работы с маленькими шагами дискретизации (1000 отсчетов в сек), возможность использовать совместно данные как станций с привязкой к истинному времени (GPS), так и станций без такой привязки.
  • Выработана эмпирическая скоростная модель для локации событий в районах рудников. Впоследствии (в 2013-2015 гг) эта модель была заменена на 3-мерную модель Хибинского массива и прилегающих территорий.
  • Выработана совместная магнитудная шкала.

Схема совместной работы сетей.

В настоящее время работа системы производится следующим образом: раз в 30 секунд программа-клиент, находящаяся в ЦГМ (Центре Геофизического Мониторинга) ОАО "Апатит" обращается к программе-серверу, установленной в КоФ ФИЦ ЕГС РАН. Сервер передает клиенту суточный список сейсмических событий, обнаруженных и слоцированных автоматической системой КоФ ФИЦ ЕГС РАН. Если в списке оказались новые (для клиента) события, клиент с помощью голосового интерфейса оповещает об этом дежурного геофизика ЦГМ и автоматически загружает с сервера волновые формы по станциям КоФ. В случае необходимости дежурный геофизик добавляет к ним записи станций ЦГМ и уточняет локацию событий.

Новая система была названа АСКСМ (автоматизированная система контроля сейсмичности массива).

Продолжались в 2010 году работы с "Роскосмос". Возникла идея, которая привела в конечном итоге к реально работающему алгоритму локации. Идея заключалась в том, что необходимо рассчитывать траектории обломков, которые в принципе могли бы реализоваться, рассчитывать приходы инфразвука, генерируемого объектами, движущимися по данным траекториям, на инфразвуковые группы. Затем сравнивать эти, теоретические приходы с тем, что реально измерили группы. В случае совпадения или близости параметров реальных и теоретических приходов можно заключить, что соответствующая траектория реализовалась, а ее конец и является местом падения фрагмента.

Для таких расчетов мы брали теоретическую траекторию полета ступени, переданную нами баллистиками центра им.Хруничева, прерывали ее на определенной высоте. Параметры в этой точке (векторы координаты и скорости) считались начальными условиями для дальнейших расчетов. Другими словами, мы считали, что к этому моменту ступень распалась на отдельные фрагменты, с различными баллистическими коэффициентами. Плюс к этому, в этот момент каждый фрагмент мог получить небольшое приращение по скорости. Варьируя баллистические коэффициенты и добавки к векторам скорости, мы продолжали расчеты траекторий и получали трубку возможных траекторий фрагментов.

Генерация трубки возможных траекторий (синие) из исходной (красной) с помощью варьирования баллистических коэффициентов.

Для этих расчетов была написана первая версия программы CT, которая впоследствии стала ядром программного комплекса локации. Для автоматизации обнаруженния импульсных сигналов на записях была сделана программа ImpDet.

Детектирование импульсных сигналов программой ImpDet.

Мы переобработали данные по пускам 2007 и 2009 годов, получили реалистические результаты. Еще одна проверка состоялась в октябре. Команда в составе Ю. Виноградова, В. Коцубы и А. Федорова выехала в Казахстан на пуск ракеты-носителя Протон-М. Были зарегистрированы сигналы от падения первой ступени (которая, на сей раз, упала одним фрагментом). Погрешность определения координат с помощью программы CT составила 900 метров, вполне приемлемо для практического использования системы. Стало ясно, что мы на правильном пути.

Большое внимание в 2010 году уделялось техническим вопросам. В начале года у нас по совместительству начал работать инженерн-электроник высочайшей квалификации Алексей Иванович Воронин. А к концу года он полностью перешел к нам на работу. С его активным участием была переоборудована Апатитская сейсмическая группа, развернута инфразвуковая группа на Шпицбергене, в районе сейсмостанции BRBB.

Алексей Иванович Воронин.

На Апатитской сейсмической группе была приведена в порядок система сбора - для АЦП, радиомодемов сделан специальный шкаф, упорядочено питание. Старые датчики S‑500, работавшие с 1992 года были заменены на новые короткопериодные сенсоры фирмы OYO GeoSpace. После этого заметно улучилось качество детектирования сейсмических событий - все новые датчики обладали совершенно одинаковыми характеристиками в отличие от старых, которые за 18 лет работы изрядно "подразболтались".

На Шпицбергене в месте установки станци BRBB (1.5 километра к северу от поселка Баренцбург) была установлена инфразвуковая группа. Она была сделана по уже испытанной при работах с "Роскосмос" схеме - в качестве датчиков были использованы низкочастотные микрофоны MP201, а оцифровка данных велась с помощью АЦП E‑24.

Станции в пос. Баренцбург, Шпицберген.

Там же, в пункте BRBB, установили новую гибридную сейсмостанцию, пределанную из старой GBV 3168. Датчики в этой станции были хорошие, их сохранили, а систему сбора поставили на базе того же испытанного E‑24, с корректной привязкой ко времени. Данные сохранялись в UniDL-буфер, а для передачи данных по протоколу TCP/IP были написаны утилиты. Передачу данных пытались осуществить через мобильный Интернет, в качестве провайдера использовалась норвежская фирма TelNor. Вначале качество связи было очень плохим и связь часто прерывалась.

В этом же году начался совместный проект с NORSAR - NORRUS, посвященный изучению сейсмичности Арктики. В рамках этого проекта был закуплен широкополосный сейсмометр Guralp 3ESP с дигитайзером Guralp DM‑24. Они были установлены в пункте BRBA - собственно в поселке Баренцбург.

Тут и пригодилась программа GcfUdp, сделанная в 2007 году для Кыргызстана. Она была установлена совместно с программой Scream Guralp, забирала из нее данные и сохраняла в файлы и в кольцевой буфер UniDL, откуда осуществлялась передача данных по TCP/IP протоколу с помощью тех же самых утилит, что были разработаны для BRBB.

В 2010 году произошло два примечательных сейсмических события, на которых хочется остановиться немного подробнее.

11 октября 2010 года в 22.50 UTC произошло сейсмическое событие с магнитудой 4.5 на севере архипелага Новая Земля. Событие это долго рассматривалось, лоцировалось с привлечением данных всех возможных станций, как нами, так и сотрудниками NORSAR. Окончательная локация показана на рисунке ниже.

Локация события 11.10.2010 Кольским филиалом (модель BARENTS), NORSAR (Steven Gibbons) и по американской трехмерной модели. Также показано место, в котором на космоснимке виден большой айсберг.

Наша локация была сделана по модели BARENTS, пристреляной для данного региона по ядерным испытаниям на полигоне Новая Земля. Стивен Гиббонс (NORSAR) лоцировал событие по данным телесейсмических станций. Хорошее совпадение (локация Гиббонса попала в наш эллипс ошибок) свидетельствует о приницпиальной правильности локации.

Анализируя космоснимки за то время, А. Н. Виноградов заметил, что в промежутке времени с 10 по 13 октября примерно в том районе появился крупный айсберг.

Космоснимки, свидетельствующие об отколе айсберга в период 10-13 октября 2010 года.

Согласно предположению А. Н. Виноградова, именно откол айсберга и породил мощный сейсмический сигнал, событие с магнитудой 4.5. С этим категорически на согласились норвежские коллеги. Они допустили лишь, что тектоническое землетрясение вызвало откол айсберга. К окончательному мнению не пришли и по сей день.

21 октября 2010 года на территории Кировского рудника произошло землетрясение, по всей видимости, техногенное, с магнитудой около 4. Землетрясение четко ощущалось в примыкающем к руднику поселке Кукисвумчорр и в г. Кировске. Небольшое сотрясение ощущалось даже в г. Апатиты. Сбор макросейсмических данных, выполненный нашими сотрудниками в пос. Кукисвумчорр показал, что, возможно, на старых домах образовалось несколько новых трещин. Таким образом, ощущаемость данного землетрясения в пос.Кукисвумчорр можно оценить в 5-6 баллов по шкале МСК‑64.

Самые серьезные проявления землетрясения 21.10.2016, Кукисвумчорр.

Землетрясением заинтересовались журналисты. Возникли некоторая шумиха и неразбериха. Нам звонили, приходили брать интервью. Хорошо иллюстрирует взаимоотношения прессы и науки разговор, состоявшийся между позвонившим к нам корреспондентом одного из центральных изданий и снявшим трубку Владимиром Асмингом:

Корреспондент: - Скажите, а правда ли, что в Кировске произошло землетрясение силой 5 баллов?.

Асминг: - Видите ли, нужно различать ощущаемость и магнитуду землетрясения. Магнитуда события была около 4, а ощущалось оно по-разному в зависимости от места. Например, в самом эпицентре могло быть и 7 баллов...

В результате в прессе появилось сообщение: "Сотрудник Кольского филиала Геофизической службы Асминг заявил, что в Кировске произошло землетрясение с магнитудой 7!". Вот и общайся после этого с прессой. А сообщение это до сих пор нет-нет, да и выскочит при поиске в Интернете...

2011 год выдался не менее активным, чем и предыдущие. Уже в январе В. Н. Коцуба выехал на Апатитскую группу и полностью отключил старую, работавшую с 1992 года, систему сбора данных. Система, проработавшая 18 лет, полностью обновилась. С тех пор она успешно работает и с новыми датчиками, и с новой системой сбора и передачи данных, разработанной в нашем филиале.

К этому времени запись сейсмограмм на фотобумагу, идущая с самого основания сейсмостанции "Апатиты", стала совершеннейшей архаикой. Плюс ко всему, фотобумага, которую уже почти перестали выпускать, стоила изрядные деньги. А длиннопериодный датчик Guralp, установленный в подвале нашего помещения, вполне заменял старые аналоговые датчики. Поэтому они были выведены из эксплуатации. Последняя сейсмограмма была проявлена 25 мая 2011 года.

Приблизительно в это время ушла на пенсию наша старейшая сотрудница Светлана Николаевна Гурьева. Несколько десятков лет она бдительно и внимательно рассматривала эти сейсмограммы, часто даже в лупу, в поисках сейсмических событий. И ничего не могло укрыться от ее внимательного взгляда! Вот только зрение она, к сожалению, на этой работе здорово "посадила"... 55 лет продолжалась "аналоговая" эпоха, но теперь она безвозвратно закончилась...

Светлана Николаевна Гурьева.

Еще одна новая станция была установлена в пос. Ковдор. Была использована система сбора на базе АЦП ЛАИ‑24 USB и трехкомпонентный датчик OYO GeoSpace. Станция была установлена глубоко в законсервированной шахте. А. И. Воронин разработал сложную систему передачи сигналов от GPS‑приемника, расположенного на поверхности, к компьютеру системы сбора.

К сожалению, станция проработала недолго. Шахта была покинута персоналом и затоплена. Тем не менее, было зарегистрировано и слоцировано немалое количество локальных сейсмических событий.

Станция в пос. Ковдор. Датчик и система сбора.

Автоматическая (неточная, по одной станции) локация сейсмических событий, обнаруженных станцией Ковдор в 2011 году.

В коридоре нашего домика повесили большой монитор, подключенный к маленькому нетбуку, включенному в локальную сеть. На нетбук установили наблюдающую программу Watcher. Она постоянно следила за работой автоматического детектора сейсмических событий, и, как только он срабатывал, показывала локацию события на карте и оповещала голосом. С тех пор в конторе несколько раз в день официальный бесстрастный женский голос докладывал нечто вроде: "Сегодня в 14 часов 15 минут произошло сейсмическое событие магнитудой 2, Хибинский массив, Кировский рудник". Для этих оповещений мы оцифровали голоса наших сотрудниц Оксаны Котляровой и Зинаиды Евтюгиной.

Окно программы визуализации.

В марте коллеги из NORSAR организовали конференцию по совместному проекту NORRUS на Шпицбергене, в поселке Лонгирбюен. С нашей стороны участвовали В. Асминг, Ю. Виноградов, А. Федоров и Е. Кременецкая, с норвежской - сотрудники NORSAR Тормод Кваерна, Свейн Миккельтвейт, Микель Рёт и Иоханнес Швейцер, а также представители университета г.Берген и Шпицбергенского университета UNIS. Было обсуждено дальнейшее сотрудничество, осмотрены норвежская и российские сейсмические станции.

Т. Кваерна, В. Асминг, Е. Кременецкая, М. Соренсен, А. Федоров на Шпицбергене, март 2011.

В августе в Апатитах состоялась очередная сейсмошкола ГС РАН. К нам приехало много интересных гостей, во главе с директором ГС РАН чл.-корр. А. А. Маловичко. Было много интересных докладов, дискуссий и экскурсий.

Участники школы осматривают палеосейсмодислокацию.

Осенью активизировались работы с "Роскосмос". Была существенно усовершенствована программа расчета и подбора траекторий CT, сделан учет ветра. Разработана программа расчета времен пробегов звуковых волн от точек на разной высоте с учетом ветра. Программа позволяла использовать стандартные модели атмосферы и ветра, а также комбинировать их с результатами зондирований атмосферы.

Все же, некоторые вопросы оставались не до конца понятными, и в ноябре В. Э. Асминг отправился в Москву на консультацию с баллистиками центра им.Хруничева. Была организована встреча с начальником отдела баллистики Николаем Георгиевичем Ганзеным. Николай Георгиевич весьма скептически отнесся к предлагаемому нами способу локации фрагментов, однако, после объяснений В. Асминга, признал принципиальную возможность такого подхода. Н. В. Ганзен дал полезный совет - моделировать распад ступени не в одной точке траектории, а в нескольких, пусть и с крупным шагом. Это, конечно, существенно увеличило бы число траекторий трубки, но, с другой стороны, увеличило бы достоверность результатов. Вскоре это предложение было реализовано в программе CT.

Команда Кольского филиала в составе Ю. Виноградова, В. Коцубы и А. Федорова трижды выезжала на пуски ракет-носителей "Протон" в районы падения вторых ступеней в окрестностях Телецкого озера, республика Алтай. Пуски состоялись 4 и 25 ноября и 11 декабря. С помощью программы CT были рассчитаны примерные места падений нескольких фрагментов, но обнаружить их непосредственно после падений не удалось - маленькие фрагменты сложно искать в густой заснеженной тайге. Однако, вблизи некоторых указанных точек впоследствии поисковые группы нашли фрагменты. Это показано на карте ниже.

Сделано по базе данных группы поиска центра им. Хруничева.

Тем временем на архипелаге Шпицберген вовсю продолжалась афтершоковая последовательность в заливе Стурфиорд. А Андрей Федоров продолжал работу над диссертацией. Для отслеживания процесса во времени, близком к реальному В. Асмингом и А. Федоровым была сделана программа-монитор данной области. Программа работала по данным норвежской сейсмической группы SPI (Шпицберген) и была основана на алгоритме совместного beamforming или формирования пучка, придуманном теми же авторами в 2009 году. Детектор этот был настроен на конкретную область и отличался тем, что практически не давал ложных срабатываний, в то же время обнаруживая и очень слабые (даже с отрицательными магнитудами) реальные события. Этому способствовало высокое качество данных и крайне низкий уровень шума на группе Шпицберген. Результаты этого детектора выставляются в Интернет, он работает и на момент написания данного текста (декабрь 2016 года), а последовательность в Стурфиорде еще продолжается, проявляясь землетрясениями с магнитудами до 2‑3.

А еще в конце года к нам снова приехал друг из Кыргызстана Талант Алтынбек уулу. По норвежско-кыргызскому проекту ему вновь оплатили стажировку у нас. У нас Талант активно общался с В. Асмингом и А. Ворониным, ему рассказали много всего об установке станций и работе с ними, а также передали схему разработанной у нас системы сбора на базе АЦП ЛАИ‑24 USB, передали программное обеспечение. Система понравилась коллегам из Кыргызстана, главным образом, соотношением цена/качество, в последующие годы она была внедрена на нескольких сейсмостанциях этой республики.

Наступил 2012 год, и мы поставили себе новую задачу. Захотелось создать интеллектуальную систему обработки сейсмических данных. Идея заключалась в том, чтобы полностью автоматизировать весь тракт обработки информации, начиная со ввода данных. Чтобы можно было получить данные через Интернет или привезти их со станций на внешних носителях в произвольных форматах. Чтобы система, увидя новые данные, помещала их в нужное место некого общего хранилища, вызвала бы подходящие процедуры обработки, возможно, объединив поступившие данные с известными ранее. А процедуры обработки, в свою очередь, создавали или модифицировали уже имеющиеся бюллетени с окончательными результатами. Эту, предполагаемую, систему условно назвали "Волноед" или "WaveEater".

Схема системы "Волноед", как мы представляли ее себе в 2012 г.

Построение этой системы не закончено и на момент написания этого текста (декабрь 2016 года), но на этом пути мы сделали несколько существенных шагов. Так, в 2012 году была разработана структра универсального хранилища данных (волновых форм), написаны процедуры записи данных в это хранилице из файлов в различных сейсмологических форматах (CSS 3.0, Seed/MiniSeed, GCF и т.д.).

Была начата разработка программы детектирования и предварительной локации по отдельной сейсмостанции NSS. Надо сказать, в Кольском филиале уже делались подобные программы (для станции Амдерма, система рудника "Умбозеро" в Ловозерском массиве, для Кыргызстана). Но все они были ориентированы на отдельные трехкомпонентные станции, давали много ложных срабатываний. В новой NSS мы решили объединить все лучшие алгоритмы для обработки как трехкомпонентных станций, так и сейсмических групп, включая недавно изобретенный метод совместного beamforming. К концу 2012 года первая, предварительная версия программы NSS была создана.

Тем временем исполнилось 20 лет нашему плодотворному сотрудничеству с NORSAR. Вновь, как и 10 лет назад, мы и норвежские коллеги решили собраться, отметить этот юбилей и обсудить планы на будущее. Встречу провели в Апатитах в апреле 2012 года.

Встреча российских и норвежских сейсмологов в Апатитах.

С норвежской стороны участвовали директор NORSAR Андерс Дале, доктора Тормод Кваерна, Микель Рёт и Иоханнес Швейцер. Кроме сотрудников филиала во встрече приняли участие гости из Архангельска Галина Антоновская и Яна Конечная.

Летом начались работы на Шпицбергене. Ранее была замечена сезонная периодичность слабой сейсмичности архипелага, которая, по нашему мнению, связана с активностью ледников. Замечены инфразвуковые сигналы, азимуты приходов которых направлены на активные ледники. Чтобы прояснить этот вопрос, 12 июня 2012 года вблизи ледника Эсмарк была установлена широкополосная сейсмостанция, а на самом леднике - станция GPS. Они проработали до 22 сентября, после чего были демонтированы.

Сотрудники Кольского филиала А. Федоров, Д. Снегов и А. Воронин на леднике Эсмарк.

В результате записано много льдотрясений, часть из них удалось слоцировать с привлечением записей других сейсмостанций. Была показана связь некоторых инфразвуковых сигналов, записанных группой Баренцбург B (BRBB), с льдотрясениями.

Локация льдотрясения на кромке ледника Эсмарк.

В ходе работ по норвежско-российскому проекту NORRUS на станции Баренцбург B (BRBB) была установлен широкополосный датчик с дигитайзером фирмы Guralp. Как и в случае станции BRBA, для сохранения и передачи данных мы использовали программу GcfUdp.

Продолжались также работы с "Роскосмос" и центром им. Хруничева. За этот год программы детектирования инфразвуковых сигналов и локации фрагментов приобрели практически современный вид. Программы были "обкатаны" на данных ранее зарегистрированных пусков, которые многократно переобрабатывались.

Алексей Иванович Воронин по своей инициативе разработал беспроводную инфразвуковую группу. Она состояла из трех так называемых "радиомикрофонов"и приемного устройства, подключаемого к персональному компьютеру.

Три радиомикрофона (слева) и приемное устройство (справа).

Каждый радиомикрофон включал в себя собственно низкочастотный микрофон, микросхему АЦП, микроконтроллер, микросхему GPS‑приемника, радиопередатчик и аккумулятор. Приемное устройство состояло из трех радиоприемников и микроконтроллера, объединяющего поступающую информацию и передающего ее в компьютер. Время развертывания такой группы существенно меньше, чем проводной, не более 15-20 минут. Во время расстановки датчиков можно видеть их раскладку на экране компьютера и корректировать ее.

Эта группа была вывезена на регистрацию падения 1 ступени ракеты-носителя "Союз" 31 октября 2012 года в Казахстан. Сработала она отлично, не хуже проводных групп. Идея беспроводной группы всем очень понравилась. В дальнейшем она была развита и привела к созданию окончательной системы с пунктами автоматического мониторинга (ПАМ), о которой будет рассказано позже.

Регистрация и поиск 31 октября прошли исключительно удачно.

Инфразвуковые сигналы регистрировались четырьмя группами.

Расположение инфразвуковых групп и истинные места падений фрагментов.

Результаты локации показаны на рисунке. Все варианты локации дали достаточную точность, немного лучше других оказалась локация с учетом зондирования атмосферы и амплитуд сигналов - в этом случае ошибки для трех из четырех фрагментов оказались меньше 1 км.

Результаты инфразвуковой локации фрагментов.

В 2012 году Андрей Федоров защитил кандидатскую диссертацию, посвященную беспрецедентно длинной для района Шпицбергена последовательности афтершоков землетрясения в заливе Стурфиорд.

Основной вывод, прозвучавший в диссертации, состоял в том, что в данном районе на глубинах ниже границы Мохоровичича находится магматический очаг, обуславливающий приток энергии, проявляющийся в виде роев землетрясений.

Модель сейсмичности Стурфиорда, предложенная А. Федоровым.

2013 год прошел внешне чуть менее активно, чем предыдущие. В этом году сотрудники филиала не выезжали на регистрацию пусков ракет. Тем не менее, работа, связанная с поиском фрагментов, продолжалась. Разрозненные программы, использовавшиеся для детектирования сигналов, генерации трубок траекторий, расчета прохождения звука через атмосферу, были объединены в общую систему с общим интерфейсом. Система приобрела некоторую завершенность.

Алексей Иванович Воронин совместно со специалистами из Москвы и Санкт-Петербурга занялся созданием так называемых "пунктов автоматического мониторинга" или ПАМ. Эти ПАМ должны были представлять из себя инфразвуковые группы, состоящие из трех беспроводных микрофонов и управляющего устройства. Управляющее устройство должно было принимать команды на включение всей группы, передавать команду на отдельные радиомикрофоны. Команда должна была поступать с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). По окончании работы управляющее устройство ПАМ должно было передать собранную информацию на БПЛА для передачи в центр обработки, а затем вернуться в спящий режим.

ПАМ‑ы и передача данных в центр обработки.

Система с ПАМ казалась очень сложной, в надежности ее были некоторые сомнения. Поэтому параллельно решили развивать более простой вариант.

В то время к нам на работу пришел молодой инженер, выпускник Апатитского филиала ПетрГУ Иван Федоров. Он, под общим руководством А. Воронина, занялся разработкой станции со спутниковым модемом.

Иван Федоров.

Вскоре станция была сделана. Она представляла собой комбинацию одноплатного компьютера, АЦП E‑24 и спутникового модема GlobalStar, расположенных в противоударном влагонепроницаемом корпусе. Датчики (микрофоны) подключались с помощью проводов. На компьютере была установлена стандартная, разработанная в Кольском филиале раньше, программа сбора данных с АЦП, а также простая программа коммуникации через модем, написанная специально для станции.

Иван Федоров испытывает станцию.

Основная идея заключалась в том, что станция располагается на точке наблюдения автономно, без присутствия оператора, и находится в спящем режиме. По звонку на спутниковый модем она "просыпается", компьютер загружает программы и начинает сбор данных. На следующие вызвовы через модем уже отвечает программа коммуникации, которая передает по запросу данные в центр обработки и по команде переводит компьютер вновь в спящий режим. Станцию испытали, она оказалась вполне работоспособной. Впоследствии она успешно использовалась для регистрации падений ступеней ракеты "Ангара".

Пожалуй, главным в 2013 году было продолжение работ с ОАО "Апатит", начатых в 2010. По требованиям безопасности, "Апатит" должен следить за проявлениями сейсмической активности в 50‑километровой зоне вокруг районов горных работ. В общем, с этой задачей справлялась совместная система АСКСМ, сделанная в 2010 году. Правда, точность локации, очень высокая в зонах рудников, резко падала при удалении. Это было связано с малым количеством сейсмостанций (как правило, локация отдаленных от рудников событий производилась по 3 станциям ГС РАН) и тем, что для локации в столь сложно устроенной среде использовалась одномерная скоростная модель.

Прорабатывался вопрос об установке новых сейсмостанций в Хибинском массиве. Необходимо было понять, как установка новых станций повлияет на точность локации, понять, имеет ли такая установка смысл. Также нужно было оценить, каково влияние на локацию неточности скоростной модели, можно ли ее уточнить, используя для калибровки промышленные взрывы.

Для решения этой задачи потребовалось специальное программное обеспечение. Оно должно было уметь лоцировать события в неоднородной, существенно трехмерной среде, оценивать ошибки локации, а для этого - считать времена пробегов волн от источников к приемникам.

Мы долго обсуждали, как сделать такую программу. Рассматривались сеточные методы, метод конечных элементов. Но все это казалось очень сложным в реализации. В конце концов родилась удачная идея - "накидать" в среду большое количество случайных точек, связать их между собой, на связях вычислить времена пробега в зависимости от среды. Другими словами, заменить проводящую сейсмические волны среду на случайный граф. В нем кратчайший путь от источника к приемнику в графе соответствует пути пробега волны в среде. Так называемый "волновой" алгоритм поиска кратчайших путей в графе хорошо известен и очень эффективен.

Вскоре такая программа была сделана. Она получила название "Сейсмоконфигуратор" (SK).

Примеры случайных графов.

Проводящая среда в ней задается в виде комбинации горизонтально-слоистой среды и объемных тел.

Задание проводящей среды в программе.

В программе можно было лоцировать события, трассировать лучи из источников в приемник, оценивать ошибки локации. Работало все довольно быстро, поэтому программу можно использовать и для подбора трехмерной среды под наблюдения (замеренные кажущиеся скорости волн).

Неожиданно оказалось, что программа годится и для локации событий на дальних (региональных) расстояниях.

Локация взрыва на Новой Земле с помощью программы SK.

Получив такой инструмент, можно думать о выработке трехмерной скоростной модели среды. Для этой работы важную роль играют три фактора. Во-первых, Хибинский горный массив - труднодоступная местность, провести в которой полную сейсмическую томографию малореально. Во-вторых, это место, очень хорошо изученное геологами, в частности, Геологического института Кольского научного центра РАН. И в третьих, для локации сейсмических событий нет необходимости делать какую-то очень детализированную модель. Можно обойтись небольшим количеством крупных блоков, приблизительно соответствующих изысканиям геологов, скорости сейсмических волн в которых задать как средние по реальной, более сложной среде.

Таким образом, мы решили расставить как можно больше временных сейсмических станций, записать несколько промышленных взрывов, замеряя точно их координаты и времена, а потом с помощью сейсмоконфигуратора подобрать подходящую модель. Эта работа была проделана в конце 2013 года.

Было зарегистрировано 7 взрывов, кроме этого аккуратно переобработаны записи калибровочного врзыва 2002 года в Ловозерском массиве. В результате была подобрана упрощенная трехмерная скоростная модель, состоящая из трех видов сред - тел массивов, месторождений и вмещающей среды. Модель позволила адекватно (в пределах погрешностей) воспроизвести наблюденные времена пробегов волн и "слоцировать обратно" зарегистрированные взрывы.

В 2014 году интенсивность работ с "Роскосмос" и центром им. Хруничева достигла своего пика. За год сотрудники филиала совершили четыре поездки на пуски ракет.

Первая поездка была в марте в республику Коми, в район падения первой ступени ракеты-носителя "Союз", запущенной с космодрома Плесецк. В экспедиции участвовали Ю. Виноградов, А. Федоров и А. Воронин. Как и в Казахстане, ступень распалась на 4 фрагмента, сигналы от которых были видны на наших записях. Система слоцировала все четыре фрагмента, три из них были найдены "по горячим следам". Один фрагмент был слоцирован очень точно (ошибка менее 200 метров), а два других с ошибкой около 2 километров, что и неплохо, учитывая не очень удачную расстановку пунктов наблюдения с одной стороны от района.

Локация фрагментов ракеты-носителя "Союз" в республике Коми.

В это время А. И. Воронин работал не покладая рук, собирая четыре комплекта новой аппаратуры, разработанной им с участием специалистов СТЦ (Санкт-Петербург) для регистрации сигналов и их передачи через беспилотные самолеты. Надо было успеть к июню, на это время был назначен первый пуск ракеты "Ангара", для которой, собственно, и задумывалась система.

4 комплекта инфразвуковых групп с устройствами связи с БПЛА.

Комплекты он успешно собрал и протестировал, и 20 июня группа сотрудников в составе Ю. Виноградова, В. Асминга, А. Воронина и И. Федорова отправилась на Камчатку. Кроме новых систем А. Воронина с собой взяли спутниковую станцию.

Все системы были успешно развернуты, и 27 июня весь коллектив, состоящий из сотрудников различных космических ведомств и наших, выдвинулся в пункт наблюдения, расположенный на полигоне "Кура".

Район падения. Распаковывается беспилотный самолет.

Район падения. Пилоты управляют самолетом.

В назначенное время самолет облетел все пункты автоматического мониторинга и передал им команду на включение. По завершении самолет снова облетел пункты и собрал с них данные. Мы посмотрели записи, но сигналов на них не нашли... Вскоре позвонило выское начальство и сообщило, что пуск был отложен в последний момент. И мы сработали вроде как зря, зато проверили аппаратуру, все наше сработало на удивление штатно - и системы сбора, и беспилотные аппараты. Единственной неприятностью оказалось то, что спутниковую станцию навестил медведь, свернул ей антенну и когтями оцарапал коробку.

Пуск отложили на неопределенное время, и наша компания еще некоторое время болталась на Камчатке, отдыхая и ожидая "отмашки". Потом пришло сообщение, что пуск отложен надолго и надо лететь домой... Только прилетели в Москву, пришла следующая вводная - пуск все-таки состоится, скоро, надо лететь обратно. Командировочные деньги подходили к концу, и обратно отправились только двое - Ю. Виноградов и А. Воронин.

Опыт у них уже был, станции были расставлены, а 9 июля состоялся и пуск, который был успешно записан. В расчетной точке, приблизительно в 10 км от центра района, были обнаружены фрагменты ракеты. Поездка прошла успешно.

Локация падения 2 ступени ракеты "Ангара" на полигоне Кура.

Последняя поездка на пуск состоялась в декабре. Опять в республику Коми, на этот раз на падение первой ступени ракеты "Ангара". В экспедиции участвовали Ю. Виноградов, А. Воронин и А. Федоров. И на этот раз системы были расставлены удачно и сработали штатно. Неожиданностью оказался вид полученных сигналов. Ожидалось, что первая ступень упадет целиком, одним куском. На самом деле ее разорвало на большое количество фрагментов, поэтому записи оказались похожими на записи падений вторых ступеней, полученные на Алтае. Там тоже наблюдались десятки и даже сотни импульсов, соответствующих отдельным ударным волнам. Тем не менее, часть обломков удалось успешно слоцировать и найти.

Для сотрудников Кольского филиала эта поездка на пуски оказалась последней. Было признано, что система работает, ее надо внедрять, устанавливать постоянно в районы падений. Видимо, это дело будущего.

Всего за время с 2007 по 2014 годы наши сотрудники побывали на 16 пусках ракет и накопили немалый опыт регистрации и обработки сигналов.

Пуски ракет, на которые выезжали сотрудники Кольского филиала.

Из прочих работ 2014 года наиболее важными были работы на Шпицбергене, а также развитие алгоритмов детектирования и локации сейсмических событий. На Шпицбергене в 2014 году продолжались эксперименты по изучению активности ледников. Вновь на леднике Эсмарк была установлена станция GPS, а рядом с ним - сейсмостанция. Оборудование было демонтировано осенью.

В конце лета в Казахстанском национальном центре данных (КНДЦ) организации Договора о всеобщем запрещении ядерных испытаний состоялась школа-семинар для сейсмологов из стран Центральной Азии. Школа была организована по проекту поддержки сейсмолгии стран Центральной Азии, выполняемому NORSAR.

Для участия в ней приехали гости из Туркменистана, Таджикистана, Кыргызстана, Узбекистана, а также и коллеги из сейсмологических организаций Казахстана. Для чтения лекций и проведения практических занятий были приглашены специалисты Кольского филиала Геофизической службы РАН В. Асминг и инженер-конструктор сейсмической аппаратуры А. Воронин.

В. Асминг и А. Воронин с участниками семинара.

В. Асминг прочитал несколько лекций о сейсмологии - о принципах работы сейсмических станций и групп, об обработке данных, локации событий, о детектировании и интерпретации инфразвуковых сигналов. А. Воронин рассказал об установке сейсмостанций, организации электропитания.

Активно продолжалась разработка начатой в 2012 году программы детектирования и локации по одиночной сейсмостанции NSS. Постепенно она приобретала более-менее законченную форму, ее можно было уже пускать в реальную работу. Андрей Федоров начал использовать ее для локации слабых событий на Шпицбергене, используя данные станции Хорнсунд, принадлежащей Польской Академии Наук. В результате были обнаружены тысячи событий, произошедших в районах активных ледников. События четко разделялись на несколько типов по частотному составу, и, по-видимому, соответствовали разным процессам в ледниках.

Карта активности ледников по данным HSPB, примеры записей событий.

В 2015 году активных работ по космическому проекту уже не было. Сотрудники филиала не выезжали на пуски. Но созданный программный комплекс продолжал совершенствоваться. Отработали взаимодействие между программами, создали программы - интеграторы для упрощения конфигурирования рабочих программ и их вызова, усовершенствовали картографическую подсистему. Программный комплекс приобрел вид законченного продукта.

Схема программного комплекса инфразвуковой локации падающих фрагментов.

В то же время возникла и была реализована еще одна неплохая идея. В принципе, в современных телефонах есть почти все, что надо, для регистрации "хлопоков", пораждаемых ударными волнами - и микрофон, и GPS‑приемник, и процессор и память для сохранения результатов. Единственное, что нельзя сделать телефоном - это оценить азимут на приходящий сигнал. Тем не менее, если возможна локация обломков только по временам "хлопоков", без азимутов, можно записать их на обычные смартфоны, а после пуска объединить данные и оценить положение обломков. По крайней мере для первых ступеней это могло сработать. Мы проверили этот подход на старых записях падений первых ступеней, попытавшись слоцировать их без использования азимутов. Локация получилась, правда, как и ожидалось, погрешность оказалась существенно больше - 2-3 км. Тем не менее, даже такая простая система могла бы существенно ускорить поиски. Мы написали приложение для Android, которое еще ждет своего часа.

Зимой, в декабре, в Апатиты прибыла команда сотрудников поисковых служб центра имени Хруничева. Их целью было обучиться работе с нашим программным комплексом. Для тренировки были подготовлены тестовые примеры - записи прошлых падений первых и вторых ступеней ракет. Занятия провели В. Асминг, А. Федоров и Ю. Виноградов.

В. Асминг, Ю. Виноградов и А. Федоров с сотрудниками центра им.Хруничева.

Сотрудники центра успешно освоили систему. На этом наша работа в космической области закончилась, хочется надеяться, что временно.

В 2015 году активно развивалась программа детектирования и локации сейсмических событий по одиночной сейсмостанции NSS. Все основные алгоритмы были отлажены, тем не менее, количество ложных срабатываний, особенно на шумных станциях, было чересчур велико. Нужно было "умное" решающее правило, которое по большому набору разнородных параметров разбиралось бы, с реальным событием оно столкнулось, или с шумом. После перебора множества вариантов остановились на простом вероятностном классфикаторе - так называемом "наивном Байесовском классфикаторе". Он, будучи включен в NSS, работал на удивление хорошо. При достаточном обучении мог отбросить до 98-99% ложных срабатываний. На этом программа NSS приобрела законченный вид.

Затем была сделана программа ассоциации по нескольким станциям NAS. Она брала результаты NSS по нескольким станциям и увязывала их между собой, делая окончательную локацию найденных событий. Программа использовала сеточный поиск, идейно похожий на известный метод 'generalized beamforming', разработанный в NORSAR, но существенно модернизированный.

Программы NSS и NAS вместе образовали связанную систему, которую назвали NSDL (новая система детектирования и локации). Она получилась модульной и легко настраиваемой на любую конфигурацию сейсмостанций.

Структра системы NSDL.

Осенью система NSDL, в первом приближении, была готова и установлена на обрабатывающих компьютерах. Она создавала автоматические бюллетени и выкладывала их в Интернет, кроме того, ведя базу данных записей сейсмических событий. Она заменила старую систему автоматической обработки, работавшую с 1997 года.

В 2015 году были сделаны большие технические работы. В июне На Шпицбергене, недалеко от заброшенного поселка Пирамида, была установлена сейсмоинфразвуковая группа, состоящая из широкополосной сейсмостанции Guralp 6T и трех микрофонов MP‑201.

Расположение сейсмоинфразвуковой группы "Пирамида".

Группа предназначена для регистрации сигналов, порожденных процессами в криосфере. Она расположена в непосредственной близости от активного ледника Норденшельда.

Группа "Пирамида" и ледник Норденшельда.

А чуть позже большая часть мужской части нашего коллектива отправилась на полуостров Рыбачий для установки новой сейсмостанции. Был установлен ветряк, в заброшенном бункере сделан качественный постамент, система подключена к Интернету с помощью интернет-модема.

Установка станции на полуострове Рыбачий.

В работах этих активно участвовали А. Воронин, Д. Снегов, В. Постнов, И. Федоров, А. Федоров. С 2016 года станция включена в систему непрерывного мониторинга.

Осенью 2105 года завершался норвежско - среднеазиатский проект. В рамках этого проекта В. Э. Асминг съездил в Казахстан и Кыргызстан для участия в заключительном совещании и заключительных консультаций. В Казахстане и Кыргызстане он показал новую систему автоматической локации NSDL, а в Кыргызстане установил ее для опытной эксплуатации.

2016 год начался с грандиозной перестройки нашей системы сбора и обработки данных. Была закуплена и смонтирована компактная стойка, в которой поместились три компьютера-обработчика, интернет-сервер, маршрутизатор и дисковое хранилище данных. Подключена система резервного питания. Система приобрела компактный, красивый вид.

Система обработки данных КоФ ФИЦ ЕГС РАН.

Была переконфигурирована и упорядочена "начинка" компьютеров - обработчиков. Сбор данных со всех станций сконцентрировался на одном компьютере, основные программы обработки - на другом, вспомогательные - на третьем, послабее ресурсами. На дисковом хранилище организовали базу данных волновых форм. Теперь все непрерывно поступающие в центр данные стали переписываться в эту базу. В программу обработки EL были встроены средства доступа к базе по локальной сети. Все исходные данные стали легко доступны для сотрудников филиала.

Архитектура системы сбора и обработки данных КоФ ФИЦ ЕГС РАН.

Начался процесс перезаписи ранее накопленных данных (CD и DVD - диски, кассеты, другие устройства) в новую базу данных. Занялась этим Анжелика Валентиновна Прокудина, которая уже долгое время является хранительницей нашего архива.

Анжелика Прокудина.

В систему были включены и новые станции, данные которых мы стали получать, сохранять и обрабатывать. Это станция Кингсбей (KBS), принадлежащая и обслуживаемая IRIS, станция Хорнсунд (HSPB), принадлежащая Польской Академии Наук. Для обработки был сформирован "Шпицбергенский кластер" сейсмостанций, включивший в себя наши станции BRBA и BRBB, Шпицбергенскую группу SPI (NORSAR) и упомянутые выше Кингсбей и Хорнсунд. Как и для материковых станций, данные каждой из этих станций пропускаются через свой экземпляр программы обработки одиночных станций NSS, а результаты поступают в программу ассоциации NAS, которая создает бюллетень событий и выставляет его в Интернет.

Шпицбергенский кластер станций.

Программа NAS совершенствовалась в течение всего года. Был усовершенствован алгоритм определения интервала глубин, оценки погрешности локации. Программа была приспособлена для обработки внешних данных, в том числе, сейсмических бюллетеней. Для проверки через нее пропустили целиком региональный бюллетень RRB NORSAR. Как и следовало ожидать, в большинстве случаев локация NAS совпала с локацией бюллетеня, но были и случаи существенных различий. Они позволили выявить неточности и неоднозначности этого бюллетеня, который является на сей день наиболее полным источником информации о сейсмичности европейской части Арктики.

Переобработка бюллетеня RRB с помощью NAS.

В конце года, общаясь с друзьями-коллегами из NORSAR, мы заговорили о том, что можно было бы попробовать создать систему совместной обработки данных станций нашего региона, связать их, как сейчас модно говорить, "в виртуальную сеть". Коллеги предложили попросить доступ к данным Норвежской национальной сейсмологической сети (NNSN), обслуживаемой командой из Бергенского университета. После коротких переговоров Берген открыл нам доступ к данным своих сейсмостанций через SeedLink-протокол. Мы начали загрузку данных ряда станций северной Норвегии. Запуск процедур обработки и включение этих станций полностью в нашу систему - дело ближайшего будущего.

Предполагаемая объединенная сеть станций.

Продолжались работы на Шпицбергене. Мы уже научились детектировать сейсмические и инфразвуковые сигналы, порождаемые процессами, проходящими в активных ледниках. Хотелось понять, какие из этих сигналов порождаются образованием трещин, какие - отколами айсбергов и падений их в воду.

Для это в августе 2016 года вблизи фронта ледника Норденшельда была установлена аппаратура для сейсмической и видеорегистрации калвинговых (связанных с отколами айсбергов) событий. Для точной привязки ко времени видеорегистраторов использовались GPS‑приемники.

Установка аппаратуры вблизи фронта ледника Норденшельда.

После завершения регистрации полученные записи были тщательно просмотрены Анжеликой Прокудиной, которая, обладая немалой наблюдательностью, обнаружила на них несколько десятков отколов и падений в воду ледяных глыб. Для большинства из них обнаружились и сигналы на сейсмостанции, которая была установлена рядом с регистраторами.

Запись, видео и сонограмма процесса откола айсберга.

Результаты этой работы позволяют расчитывать на то, что в будущем окажется возможным не только детектировать сигналы от ледников, но и автоматически определять, какими видами событий эти сигналы вызваны.

Таковы, вкратце и с большими пробелами, первые 60 лет нашей истории... Много было всего, и все-таки можно сказать, что наша организация успешно выполняла свою работу и успешно развивалась. Наступил 2017 год, и мы надеемся, что продолжение следует...