Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally
The purpose of this work was to calculate the theoretical transfer characteristics of the sedimentary layers under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mizhgirya» of the Carpathian seismic network using the Finite element method (FEM). These results are used for comparison with the dynamic p...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/151023 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| id |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-151023 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Geofizicheskiy Zhurnal |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
modeling finite element method transfer characteristic Nakamura’s technique resonance frequency interference |
| spellingShingle |
modeling finite element method transfer characteristic Nakamura’s technique resonance frequency interference Kuplevskyi, B. Ye. Brych, T. B. Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| topic_facet |
modeling finite element method transfer characteristic Nakamura’s technique resonance frequency interference |
| format |
Article |
| author |
Kuplevskyi, B. Ye. Brych, T. B. |
| author_facet |
Kuplevskyi, B. Ye. Brych, T. B. |
| author_sort |
Kuplevskyi, B. Ye. |
| title |
Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| title_short |
Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| title_full |
Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| title_fullStr |
Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| title_full_unstemmed |
Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| title_sort |
comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «trosnyk», «uzhgorod», «mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally |
| title_alt |
Сравнение спектральных характеристик приповерхностных слоев под сейсмическими станциями «Тросник», «Ужгород», «Межигорье», рассчитанных методом конечных элементов, с экспериментальными Порівняння спектральних характеристик приповерхневих шарів під сейсмічними станціями «Тросник», «Ужгород», «Міжгір’я», розрахованих методом скінченних елементів, з експериментальними |
| description |
The purpose of this work was to calculate the theoretical transfer characteristics of the sedimentary layers under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mizhgirya» of the Carpathian seismic network using the Finite element method (FEM). These results are used for comparison with the dynamic parameters of near-surface layers received experimentally; for checking the conformity of investigated environment resonance properties obtained by these methods for the possibility of their application in regional seismological studies. The research was carried out by solving the direct dynamic seismic problem using the finite element method. This method of mathematical modeling allows making calculations for models that are complex in their structure. When solving the direct dynamic seismic problem using FEM, the opportunity to take into account various exchange effects inside the model does not forfeit. Also, we can calculate models with the complex geometric environment structure and various inclusions. Using the developed technique of wave field simulation by finite element method, oscillations for models of the seismic section under the «Trosnyk», «Uzhgorod» and «Mizhgirya» stations were investigated. According to the simulation results, theoretical spectral ratios for these stations were calculated. For the Seismic Station «Mizhgirya», we observe the coincidence of two interference maxima at a frequency of 4 and 10 Hz for both charts: experimental and theoretical. For the Seismic Station «Uzhgorod», the graphs obtained by the experimental and modeling method showed identical behavior throughout the frequency range. These charts provide a stable source of noise within the city. For the Seismic Station «Trosnyk» there is a discrepancy in the behavior of experimental and model charts above 6 Hz. Such results are due to the high level of groundwater under the seismic station, which was not taken into account in the creation of the model for calculating using the finite element method.The spectral characteristics of near-surface layers under the «Trosnyk», «Uzhgorod» and «Mizhgіrya» seismic stations were calculated by the finite element method for the first time. The results of mathematical modeling were compared with experimental measurements. The knowledge about the dynamic parameters of the upper sediment layers under seismic stations, which are the largest filter of oscillation frequencies in the spectral range, will allow more accurate interpretation of registered by these stations occurrences. The calculated spectral ratios give a possibility to estimate the degree of environmental influence on stations’ seismic signals recording, which will be the largest at frequencies corresponding to the received resonance maxima and minima. These results should be taken into account when evaluating the parameters of possible seismic effects in the territory. |
| publisher |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2018 |
| url |
https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/151023 |
| work_keys_str_mv |
AT kuplevskyibye comparisonofnearsurfacelayersspectralcharacteristicsundertheseismicstationstrosnykuzhgorodmezhgiryacalculatedusingfiniteelementmethodandobtainedexperimentally AT brychtb comparisonofnearsurfacelayersspectralcharacteristicsundertheseismicstationstrosnykuzhgorodmezhgiryacalculatedusingfiniteelementmethodandobtainedexperimentally AT kuplevskyibye sravneniespektralʹnyhharakteristikpripoverhnostnyhsloevpodsejsmičeskimistanciâmitrosnikužgorodmežigorʹerassčitannyhmetodomkonečnyhélementovséksperimentalʹnymi AT brychtb sravneniespektralʹnyhharakteristikpripoverhnostnyhsloevpodsejsmičeskimistanciâmitrosnikužgorodmežigorʹerassčitannyhmetodomkonečnyhélementovséksperimentalʹnymi AT kuplevskyibye porívnânnâspektralʹnihharakteristikpripoverhnevihšarívpídsejsmíčnimistancíâmitrosnikužgorodmížgírârozrahovanihmetodomskínčennihelementívzeksperimentalʹnimi AT brychtb porívnânnâspektralʹnihharakteristikpripoverhnevihšarívpídsejsmíčnimistancíâmitrosnikužgorodmížgírârozrahovanihmetodomskínčennihelementívzeksperimentalʹnimi |
| first_indexed |
2024-04-21T19:42:23Z |
| last_indexed |
2024-04-21T19:42:23Z |
| _version_ |
1796974621489102848 |
| spelling |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-1510232020-10-07T11:11:08Z Comparison of near-surface layers spectral characteristics under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mezhgirya» calculated using finite element method and obtained experimentally Сравнение спектральных характеристик приповерхностных слоев под сейсмическими станциями «Тросник», «Ужгород», «Межигорье», рассчитанных методом конечных элементов, с экспериментальными Порівняння спектральних характеристик приповерхневих шарів під сейсмічними станціями «Тросник», «Ужгород», «Міжгір’я», розрахованих методом скінченних елементів, з експериментальними Kuplevskyi, B. Ye. Brych, T. B. modeling finite element method transfer characteristic Nakamura’s technique resonance frequency interference The purpose of this work was to calculate the theoretical transfer characteristics of the sedimentary layers under the seismic stations «Trosnyk», «Uzhgorod», «Mizhgirya» of the Carpathian seismic network using the Finite element method (FEM). These results are used for comparison with the dynamic parameters of near-surface layers received experimentally; for checking the conformity of investigated environment resonance properties obtained by these methods for the possibility of their application in regional seismological studies. The research was carried out by solving the direct dynamic seismic problem using the finite element method. This method of mathematical modeling allows making calculations for models that are complex in their structure. When solving the direct dynamic seismic problem using FEM, the opportunity to take into account various exchange effects inside the model does not forfeit. Also, we can calculate models with the complex geometric environment structure and various inclusions. Using the developed technique of wave field simulation by finite element method, oscillations for models of the seismic section under the «Trosnyk», «Uzhgorod» and «Mizhgirya» stations were investigated. According to the simulation results, theoretical spectral ratios for these stations were calculated. For the Seismic Station «Mizhgirya», we observe the coincidence of two interference maxima at a frequency of 4 and 10 Hz for both charts: experimental and theoretical. For the Seismic Station «Uzhgorod», the graphs obtained by the experimental and modeling method showed identical behavior throughout the frequency range. These charts provide a stable source of noise within the city. For the Seismic Station «Trosnyk» there is a discrepancy in the behavior of experimental and model charts above 6 Hz. Such results are due to the high level of groundwater under the seismic station, which was not taken into account in the creation of the model for calculating using the finite element method.The spectral characteristics of near-surface layers under the «Trosnyk», «Uzhgorod» and «Mizhgіrya» seismic stations were calculated by the finite element method for the first time. The results of mathematical modeling were compared with experimental measurements. The knowledge about the dynamic parameters of the upper sediment layers under seismic stations, which are the largest filter of oscillation frequencies in the spectral range, will allow more accurate interpretation of registered by these stations occurrences. The calculated spectral ratios give a possibility to estimate the degree of environmental influence on stations’ seismic signals recording, which will be the largest at frequencies corresponding to the received resonance maxima and minima. These results should be taken into account when evaluating the parameters of possible seismic effects in the territory. Рассмотрено вычисление теоретических передаточных характеристик осадочных слоев под сейсмическими станциями Карпатской сейсмической сети «Тросник», «Ужгород» и «Межгорье» с использованием метода конечных элементов. Результаты вычислений использованы для сравнения с динамическими параметрами приповерхностных слоев, полученными экспериментальным методом; проверки соответствия резонансных свойств исследуемой среды, полученных этими методами, для возможности их применения в региональных сейсмологических исследованиях. При решении прямой динамической задачи сейсмики методом конечных элементов не утрачивается возможность учета различных обменных эффектов внутри модели, а также можно рассчитывать модели со сложным геометрическим строением среды и различными включениями. По разработанной методике моделирования волнового поля методом конечных элементов смоделированы колебания для моделей сейсмического сечения под станциями «Тросник», «Ужгород» и «Межгорье». По результатам моделирования рассчитаны теоретические спектральные соотношения для этих станций. Для сейсмической станции «Межгорье» получено совпадение двух интерференционных максимумов на частоте 4 и 10 Гц для экспериментального и теоретического графиков. Для сейсмической станции «Ужгород» графики, полученные экспериментальным и модельным методами, показали идентичное поведение во всем диапазоне частот, по этим графикам выделен стабильный источник шума в пределах города. Для сейсмической станции «Тросник» получено расхождение в поведении экспериментальных и модельных графиков выше 6 Гц. Такие результаты объясняются высоким уровнем грунтовых вод под сейсмической станцией, что не учитывалось при построении модели для расчета методом конечных элементов.Впервые спектральные характеристики приповерхностных слоев под сейсмическими станциями «Тросник», «Ужгород», «Межгорье» рассчитаны методом конечных элементов. Проведено сравнение результатов математического моделирования с экспериментальными измерениями. Информация о динамических параметрах верхних осадочных слоев под сейсмостанциями, которые в спектральном диапазоне выступают в качестве крупнейшего фильтра частот колебаний, позволит более точно интерпретировать события, зарегистрированные этими станциями. Рассчитаные спектральные соотношения дают возможность оценить степень влияния среды на записи сейсмических сигналов на станциях. Наибольшее влияние выявлено на частотах, соответствующих полученным резонансным максимумам и минимумам. Эти результаты необходимо также учитывать при оценке параметров возможного сейсмического воздействия на данной территории. Розглянуто обчислення теоретичних передавальних характеристик осадових шарів під сейсмічними станціями Карпатської сейсмічної мережі «Тросник», «Ужгород» та «Міжгір'я» з використанням методу скінченних елементів. Результати обчислень використані для порівняння з динамікою приповерхневих шарів, отриманими експериментальним методом; перевірки відповідності резонансних властивостей досліджуваної середовища, отриманих цими методами, для можливості їх застосування в регіональних сейсмологічних досліджень. При вирішенні прямої динамічної задачі сейсміки методом кінцевих елементів не втрачається можливість обліку різних обмінних ефектів всередині моделі, а також можна розраховувати моделі зі складним геометричним будовою середовища і різними включеннями. За розробленою методикою моделювання хвильового поля методом кінцевих елементів змодельовані коливання для моделей сейсмічного перетину під станціями «Тросник», «Ужгород» та «Міжгір'я». За результатами моделювання розраховані теоретичні спектральні співвідношення для цих станцій. Для сейсмічної станції «Міжгір'я» отримано збіг двох інтерференційних максимумів на частоті 4 і 10 Гц для експериментального і теоретичного графіків. Для сейсмічної станції «Ужгород» графіки, отримані експериментальним і модельним методами, показали ідентичне поведінка у всьому діапазоні частот, за цими графіками виділено стабільне джерело шуму в межах міста. Для сейсмічної станції «Тросник» отримано розбіжність в поведінці експериментальних і модельних графіків вище 6 Гц. Такі результати пояснюються високим рівнем грунтових вод під сейсмічної станцією, що не враховувалася при побудові моделі для розрахунку методом кінцевих елементів.Вперше спектральні характеристики приповерхневих шарів під сейсмічними станціями «Тросник», «Ужгород», «Міжгір'я» розраховані методом кінцевих елементів. Проведено порівняння результатів математичного моделювання з експериментальними вимірами. Інформація про динамічні параметри верхніх осадових шарів під сейсмостанція, які в спектральному діапазоні виступають в якості найбільшого фільтра частот коливань, дозволить більш точно інтерпретувати події, зареєстровані цими станціями. Розраховані спектральні співвідношення дають можливість оцінити ступінь впливу середовища на записи сейсмічних сигналів на станціях. Найбільший вплив виявлено на частотах, що відповідають отриманим резонансним максимумів і мінімумів. Ці результати необхідно також враховувати при оцінці параметрів можливого сейсмічного впливу на даній території. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2018-12-21 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/151023 10.24028/gzh.0203-3100.v40i6.2018.151023 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 40 No. 6 (2018); 115-126 Геофизический журнал; Том 40 № 6 (2018); 115-126 Геофізичний журнал; Том 40 № 6 (2018); 115-126 2524-1052 0203-3100 uk https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/151023/151088 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |