Влияние экзогенных факторов на параметры микроимпульсов, регистрируемых прибрежной арктической сейсмической станцией, и их связь с ледовой обстановкой

Представлены результаты многолетнего (2017–2023) мониторинга микроимпульсов, регистрируемых сейсмической станцией Северная Земля (SVZ), установленной на берегу о. Большевик одноимённого архипелага. Микроимпульсы представляют собой колебания низкой энергии длительностью от 1 до 10–15 с и частотами от нескольких Гц до первых десятков Гц. На сейсмической записи они проявляются как в виде отдельных событий, так и их цугов, в количестве до тысяч штук в день. Цель исследования – выявление происхождения микроимпульсов, регистрируемых сейсмической станцией, путём анализа влияния экзогенных факторов на их параметры и оценка связи с ледовой обстановкой. Для выделения микроимпульсов на сейсмической записи и их классификации разработан специальный алгоритм автоматической обработки данных, позволяющий сформировать список событий, содержащий времена вступлений, тип волны, азимут на источник и основную частоту. С использованием этой информации анализируется связь экзогенных факторов (вариации температуры воздуха, атмосферного давления, скорости и силы ветра, и ледовая обстановка) с параметрами микроимпульсов. Показано, что их природа обусловлена динамикой процессов в системе атмосфера–гидросфера–литосфера, в том числе связанных с состоянием припая и источниками вблизи береговой линии. На основе данных о микроимпульсах из пролива Шокальского, произошедших на расстояниях до 5 км от станции SVZ, проведена оценка состояния морского льда в зимний период. Показано, что максимальное количество микроимпульсов наблюдается в период установившегося льда при низких отрицательных температурах воздуха – ниже –25 оС. Информация о микроимпульсах совместно с метеоданными и картами ледовой обстановки может быть применена для оценки состояния льда, которая в свою очередь – важная составляющая для проводки судов, размещения грузов и пр.

1. Акимов А.П., Красилов С.А. Программный комплекс WSG “Система обработки сейсмических данных”. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020664678 от 16.11.2020.

2. Антоновская Г.Н., Ковалев С.М., Конечная Я.В., Смирнов В.Н., Данилов А.В. Новые сведения о сейсмичности российской Арктики по данным пункта сейсмических наблюдений “Северная Земля” // Проблемы Арктики и Антарктики. 2018. Т. 64. № 2 (116). С. 170–181. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2018-64-2-170-181

3. Арктический и антарктический научно-исследовательский институт // Электронный ресурс. URL: https://aari.ru/; https://www.aari.ru/data/climate (Дата обращения 05.07.2025).

4. Богомолов Л.М. От исследований штормовых микросейсм к анализу сейсмо-ионосферных эффектов // Вестник Дальневосточного отделения РАН. 2011. № 6. С. 27–33.

5. Ветер Свободы // Электронный ресурс. URL: https://veter-s.ru/product/hatanga-severnaja-zemlja/ (Дата обращения 05.07.2025).

6. Доронин Ю.П., Хейсин Д.Е. Морской лёд. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. 320 с.

7. Егизаров Б.Х., Воскресенский С.В. Геологическое строение острова Большевик (Северная Земля) // Труды НИИ геологии Арктики Главсевморпути при Совете министров СССР. Т. XXV. Л.–М.: Изд-во Главсевморпуть, 1951. 80 с.

8. Капустян Н.К., Юдахин Ф.Н. Сейсмические исследования техногенных воздействий на земную кору и их последствий. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 416 с.

9. Козлов Д.В., Соломатин С.В. Развитие методов расчета ледовой нагрузки на морские гидротехни- ческие сооружения в условиях устойчивого припая // Природообустройство. 2023. № 3. С. 72–84. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2023-3-72-84

10. Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. Определение параметров ледового покрова с помощью сей- смоакустического шума // Акустический журнал. 2023. Т. 69. № 5. C. 637–651. https://doi.org/10.31857/S0320791923600385

11. Степанюк И.А., Смирнов В.Н. Методы измерений характеристик динамики ледяного покрова. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001. 136 с.

12. Юдахин Ф.Н., Капустян Н.К., Шахова Е.В. Исследования активности платформенных территорий с ис- пользованием микросейсм. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 129 с.

13. Anderson D. Preliminary results and review of sea ice elasticity and related studies // Transactions of the Engineering Institute of Canada. 1958. № 2. P. 2–8.

14. Antonovskaya G.N., Kapustian N.K., Konechnaya Y.V., Morozova E.R. Glacial and seismic events investigation from a single-station record at Severnaya Zemlya archipelago (Arctic region) // Journal of Seismology. 2024. № 28. P. 615–633. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2931088/v1

15. Crary A.P. Seismic studies on Fletcher’s Ice Island // V. 3. Eos, Transactions American Geophysical Union. 1954. № 35. P. 293–300. https://doi.org/10.1029/TR035i002p00293

16. Danilov K.B., Antonovskaya G.N., Basakina I.M., Shakhova E.V., Kapustian N.K. Passive Seismic Investigation of Intraplate Earthquakes Epicentral Zones in the North of Russia as One of the Ways to Understand Their Source Mechanics // Journ. of Earth Science. 2025. № 36 (2). P. 764–780. https://doi.org/10.1007/s12583-024-0053-9

17. Deichmann N., Ansorge J., Scherbaum F., Aschwanden A., Bernardi F., Gudmundsson G.H. Evidence for deep icequakes in an Alpine glacier // Annals of Glaciology. 2000. V. 31. № 1. P. 85–90. https://doi.org/10.3189/172756400781820462

18. Flinn E.A. Signal analysis using rectilinearity and direction of particle motion // Proc. of the IEEE. 1965. № 53 (12). P. 1874–1876.

19. Galluzzo D., Nardone L., La Rocca M., Esposito A.M., Manzo R., Di Maio R. Statistical moments of power spectrum: A fast tool for the classification of seismic events recorded on volcanoes // Advances in Geosciences. 2020. № 52. P. 67–74.

20. Gold L.W. Deformation mechanisms in ice // Research paper № 193 of the Division of Building Research. 1963. https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/ft/?id=692848af-721c-4537-82a5-710659a82e40

21. Hunkins K. Seismic studies of sea ice // Journ. Geophys. Res. 1960. № 65. P. 3459–3472.

22. Jurkevics A. Polarization analysis of three-component array data // Bulletin of the seismological society of America. 1988. № 78 (5). P. 1725–1743.

23. Kapustian N.K., Shakhova E.V., Antonovskaya G.N. New Opportunities for Epicentral Seismic Observations // Seismic Instruments. 2022. № 58 (6). P. 732–742. https://doi.org/10.3103/S0747923922060068

24. Köhler A., Maupin V., Nuth C., Van Pelt W. Characterization of seasonal glacial seismicity from a single-station on-ice record at Holtedahlfonna, Svalbard // Annals of Glaciology. 2019. № 60 (79). https://doi.org/10.1017/aog.2019.15

25. Kramer S.L., Stewart J.P. Geotechnical earthquake engineering. 2nd Edition. CRC Press. 2024. https://doi.org/10.1201/9781003512011

26. Marsan D., Weiss J., Larose E., Métaxian J.-P. Sea-ice thickness measurement based on the dispersion of ice swell // Journ. of the Acoustic Society of America. 2012. № 131. P. 80–91.

27. Moreau L., Boué P., Serripierri A., Weiss J., Hollis D., Pondaven I., Vial B., Garambois S., Larose É., Helmstetter A., Stehly L., Hillers G., Gilbert O. Sea ice thickness and elastic properties from the analysis of multimodal guided wave propagation measured with a passive seismic array // Journ. of Geophys. Research. Oceans. 2020a. № 125. e2019JC015709. https://doi.org/10.1029/2019JC015709

28. Moreau L., Weiss J., Marsan D. Accurate estimations of seaice thickness and elastic properties from seismic noise recorded with a minimal number of geophones: from thin landfast ice to thick pack ice // Journ. of Geophys. Research. Oceans. 2020b. № 125. e2020JC016492. https://doi.org/10.1029/2020JC016492

29. Moreau L., Seydoux L., Weiss J., Campillo M. Analysis of microseismicity in sea ice with deep learning and Bayesian inference: application to high-resolution thickness monitoring // The Cryosphere. 2023. № 17. P. 1327–1341. https://doi.org/10.5194/tc-17-1327-2023

30. O’Neel S., Pfeffer W.T. Source mechanics for monochromatic icequakes produced duringiceberg calving at Columbia Glacier, AK // Geophys. Research Letters. 2007. № 34. L22502/. https://doi.org/10.1029/2007GL031370

31. Romeyn R., Hanssen A., Ruud B.O., Johansen T.A. Sea ice thickness from air-coupled flexural waves // The Cryosphere. 2021. № 15. P. 2939–2955. https://doi.org/10.5194/tc-15-2939-2021

32. Serripierri A., Moreau L., Boue P., Weiss J., Roux P. Reco_ vering and monitoring the thickness, density, and elastic properties of sea ice from seismic noise recorded in Svalbard // The Cryosphere. 2022. № 16. P. 2527–2543. https://doi.org/10.5194/tc-16-2527-2022

33. Shebalin P.N., Baranov A.A. Aftershock Rate Changes at Different Ocean Tide Heights // Front. Earth Sci. 2020. № 8. 559624 р. https://doi.org/10.3389/feart.2020.559624

34. Smirnov V.G., Bychenkov Ju.D., Priamikov S.M., Shcherbakov Ju.A. The use of satellite information for ice navigation support // Proc.15th Int. Conf. on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC’99), Helsinki, August 23–27, 1999. V. 1. P. 154–165.

35. Stein P.J., Euerle S.E., Parinella J.C. Inversion of pack ice elastic wave data to obtain ice physical properties // Journ. of Geophys. Research. Oceans. 1998. № 103. P. 21783–21793.

36. Trnkoczy A. Understanding and parameter setting of STA/ LTA trigger algorithm. In New Manual of Seismological Observatory Practice 2 (NMSOP-2). Edited by P. Bormann. Deutsches Geo Forschungs Zentrum GFZ, Potsdam. 2012. № 1–20. https://doi.org/0.2312/GFZ.NMSOP-2_IS_8.1

37. Turova A.P., Morozova E.R. The contribution of the seismic station “Severnaya Zemlya” to the study of arctic seismicity // Arctic Environmental Research. 2019. № 19 (4). P. 139–145. https://doi.org/10.3897/issn2541-8416.2019.19.4.139

38. Yang T., Giellis G. Experimental characterization of elastic waves in a floating ice sheet // Journ. of Acoustic Society of America. 1994. № 96. P. 2993–3009.