Analiza wybranych parametrów dynamiki nieliniowej dla sejsmiczności naturalnej i indukowanej

Abstract

Przeanalizowano szereg zbiorów danych dotyczących zjawisk sejsmicznych o różnej genezie a przede wszystkim o różnej skali obserwowanych procesów pękania i niszczenia skał: począwszy od skali mikro tj. emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w trzech różniących się litologicznie próbkach skalnych poddanych ściskaniu poprzez zjawiska sejsmiczne związane z eksploatacją miedzi w LGOM, węgla kamiennego w dwóch kopalniach GZW i złota w Republice Południowej Afryki po skalę makro, którą reprezentują tu trzęsienia ziemi wywołane aktywnością uskoku Świętego Andrzeja oraz wulkanizmem w Japonii i na Sycylii. Dane badano pod kątem obecności dynamiki nieliniowej i chaosu deterministycznego. Podjęto próbę ilościowego scharakteryzowania parametrów chaosu niezbędnych do określenia na ile proces pękania i niszczenia skał ma wspólne cechy w różnych skalach. Analizowano cztery charakterystyczne deskryptory: uogólniony wymiar fraktalny, najmniejszy wymiar przestrzeni fazowej, wymiar zrekonstruowanego atraktora procesu oraz największy wykładnik Lyapunova. Estymaty obliczono z najlepiej dostępnych parametryzacji procesów sejsmicznych tj. z rozkładu czasowego, epi i hipocentralnego oraz rozkładu energii wstrząsów. Podjęta została również próba weryfikacji obecności zachowań chaotycznych w tych układach i ocena możliwości i ograniczeń zastosowanych metod analizy danych do opisu badanych procesów sejsmicznych. Dla wszystkich zestawów danych rozkłady analizowanych parametrów zjawisk sejsmicznych generowanych procesem pękania i niszczenia skał o różnej skali miały strukturę fraktalną lub multifraktalną. Okazało się że badane parametry dynamiki chaotycznej mogą być stosowane do opisu procesów sejsmicznych bez względu na genezę i skalę tych zjawisk. Na podstawie analizy wybranych parametrów dynamiki nieliniowej, uzyskano pewne, jakościowe rozdzielenie badanych grup procesów sejsmicznych. W niektórych przypadkach została potwierdzona obecność chaosu deterministycznego w układach.