С ростом территорий городских агломераций и постоянным увеличением количества многоэтажных зданий неизбежно растет вибрационная и шумовая нагрузка, связанная с обеспечением жизнедеятельности и функционированием города. Известно, что техногенные (антропогенные) источники, обусловленные деятельностью человека, обычно проявляются на высоких частотах (>1 Гц). Источниками техногенных шумов являются транспорт, промышленные предприятия, строительные работы и др. Этот тип шума часто имеет четкую суточную периодичность, связанную с ритмами человеческой активности (интенсивность снижается ночью). Техногенные шумы сосредоточены вблизи поверхностных источников и быстро затухают с расстоянием, что позволяет отличать их от других типов шума.

Техногенная составляющая микросейсмических шумов по типу излучаемых колебаний представляет собой гармонические (квазигармонические) либо случайные сигналы, выраженные в виде узких спектральных пиков достаточно стабильного набора частот [Ivanova, 1964; Yakovlev, Aleshin, 1994; Spivak, 1994; Frantsuzova, Danilov, 2008; Kopylova, Khairetdinov, 2021; Díaz et al., 2017; и др.]. Источниками таких сигналов служат вибрации агрегаторов ГЭС (частота излучения 2.08, 2.78, 3.13, 4.3, 6.7 Гц), линии ЛЭП (частота 50 Гц), мощные производственные машины и др. При этом микросейсмические шумы, имеющие промышленное происхождение, являются одними из наиболее интенсивных – их уровень достигает 50 мкм [Seroglazov, 1988; Kapustyan, Yudakhin, 2007; Yakovlev, Aleshin, 1994; Liseikin, Seleznev, 2021]. Воздушный и наземный транспорт вызывает колебания амплитудой до 1 мкм и выше, регистрируемые на расстояниях до 20 км [Dergachev et al., 1984]. Наблюдения в метро показали, что уже на глубине 20 м сигнал становится слабее в 2–8 раз по сравнению с сейсмическим сигналом на поверхности на таком же расстоянии от источника [Senin et al., 2020]. Наиболее сильные сейсмические волны создают тяжелые транспортные средства, такие как автобусы и грузовики при движении по неровностям дорожного покрытия и железнодорожный транспорт. Для гусеничной техники преобладающими являются частоты в диапазоне около 10–50 Гц, для грузового автомобиля КАМАЗ – около 5–30 Гц, 50–65 Гц [Kopylova, Khairetdinov, 2021]. Преобладающий диапазон частот сейсмических и акустических шумов грузового поезда охватывает 4–10 Гц, а для сейсмических шумов пассажирских поездов и электропоездов характерны частоты в полосе 5–44 Гц [Kopylova, Khairetdinov, 2021]. Помимо различных типов транспорта и промышленных предприятий, заметным источником сейсмических воздействий являются также массовые мероприятия с большим скоплением людей – футбольные матчи, музыкальные концерты, фестивали и т.д. [Díaz et al., 2017].

К другим техногенным источникам гармонических колебаний, совершенно иным по природе генерации сейсмического сигнала в среде, можно отнести возбуждение собственных частот колебаний зданий и сооружений [Yudakhin, Kapustyan, 2004; Yudakhin et al., 2007]. Известно, что периоды собственных колебаний зданий лежат в диапазоне частот 0.45–5.56 Гц и выше в зависимости от типа конструкции, этажности и грунтовых условий под фундаментом [GOST…, 2017]. Этот диапазон частично перекрывается с частотами излучения, генерируемыми техногенными помехами, что приводит к снижению сейсмостойкости зданий и их износостойкости. Это особенно актуально в регионах с высоким уровнем сейсмической опасности, к которым относится территория Иркутской области.

Помимо вибрационных воздействий, немаловажное значение в аспекте комфорта населения и экологии имеет шумовое загрязнение вследствие высокой автотранспортной и железнодорожной нагрузки, функционирование крупных производств, теплоэлектроцентралей, гидроэлектростанций и пр. В настоящей работе проводится анализ микросейсмических шумов, вызванных антропогенными источниками, на примере городов Иркутска и Байкальска. Отдельные результаты в рамках настоящего исследования были представлены на конференции «Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту)» и 41‑й международной конференции «Ляпуновские чтения – 2025» [Dobrynina et al., 2025а, 2025b].

В работе использовались данные непрерывной регистрации сейсмических станций, расположенных в пределах городов Иркутска и Байкальска. Сейсмическая сеть в г. Иркутске состоит из трех станций Байкал-7HR с акселерометрами А1638 (табл. 1), расположенных в разных районах города – две станции в пределах Свердловского района и одна – в Октябрьском районе. Также привлекались данные сейсмической станции «Иркутск» (международный код IRK, сеть – BAGSR), входящей в состав региональной сети сейсмических станций Байкальского филиала ФИЦ ЕГС РАН. Станции регистрируют скорость и ускорение по трем направлениям: вертикальное (Z), север – юг (NS) и запад – восток (EW). Частота отсчетов – 100 раз в секунду.

Сеть в г. Байкальске состоит из двух станций ZET048-VER.3 с трехкомпонентными сейсмометрами модели CME-4211. Станции расположены вдоль русла р. Солзан на расстоянии 1.13 км друг от друга (табл. 1). Сейсмические станции марки ZET048-VER.3 российского производства предназначены для проведения сейсмического мониторинга и регистрируют три компоненты: две горизонтальных и одну вертикальную, рабочая полоса частот от 0.3 до 400 Гц. Частота отсчетов устанавливалась равной 100 отсчетам в секунду.

Для анализа сейсмограмм и выделения полезного сигнала использовался ряд классических методов: методы спектрального и спектрально-временного анализа, метод поляризационного анализа, реализованные в пакете программ Geopsy [Wathelet et al., 2020], а также оценка среднего уровня микросейсмического фона.

По данным 2025 г. на территории г. Иркутска проживает более 605 тыс. человек. Застройка города крайне неоднородна – от исторических деревянных зданий в центре и на окраинах до многоэтажных жилых комплексов. Согласно классификации МЧС, Иркутская область относится к регионам с высокой степенью сейсмической опасности (1, высшая категория), здесь возможны сотрясения интенсивностью до 8 баллов по данным карт сейсмического районирования ОСР-97, ОСР-2015. Через город протекают две крупные реки – Ангара и Иркут, а также несколько более мелких рек, вследствие чего в некоторых районах города наблюдаются обширные области распространения обводненных грунтов.

В пределах территории г. Иркутска расположена Ново-Иркутская теплоэлектроцентраль, Иркутская гидроэлектростанция, многочисленные автомобильные дороги для общественного и личного транспорта, через город проходит линия Восточно-Сибирской железной дороги. Помимо этого, в пределах города расположен аэропорт, а также трамвайные линии (в настоящей работе они не рассматривались по причине отсутствия вблизи сейсмических станций).

Ново-Иркутская теплоэлектроцентраль (НИ ТЭЦ) расположена в юго-западной части города (рис. 1), она является одной из крупнейших тепловых электростанций Иркутской области и снабжает теплом и электричеством жилые районы, промышленные объекты и социальные учреждения г. Иркутска и его окрестностей. По данным ООО «Байкальская энергетическая компания», установленная электрическая мощность НИ ТЭЦ – 726 МВт, вид топлива – уголь. Уголь измельчается в пыль, угольная пыль поступает в восемь действующих котлов НИ ТЭЦ и сгорает при высокой температуре. Вместе с угольной пылью в другой отсек котла поступает вода, очищенная жидкость нагревается при горении топлива и превращается в пар. Пар отводится в систему пароперегревателей и поступает в один из шести функционирующих турбоагрегатов. Там он вращает турбины, из-за чего в движение приходит генератор. Вырабатываемая турбоагрегатами электроэнергия поступает через трансформаторы на открытое распределительное устройство в 220 кВ. Далее она передается по восьми высоковольтным линиям электропередачи потребителям. Часть пара после прохождения турбины направляется на нагрев воды, остальной пар после турбин направляется в конденсатор, а затем в градирни и выбрасывается в атмосферу. Выход пара из градирен сопровождается звуковыми эффектами, слышимыми на расстоянии до нескольких километров как низкочастотный гул.

Анализировались выбросы пара из градирен, зафиксированные в ночное время, так как этот период является наименее загрязненным другими шумами города. На рис. 2 приведены исходные записи сейсмического фона, полученные на локальной сети станций г. Иркутска во время выброса пара 11 марта 2025 г. в 23 ч 45 мин (время местное). Визуально видно увеличение фона, связанное с выбросом, только на станциях IRK и MUZ, расположенных в пределах иркутского микрорайона Академгородок (рис. 2). Это связано с расположением трасс «источник – приемник»: для станций, локализованных в пределах Академгородка, трасса проходит через территорию без высотной застройки (садоводческие товарищества и коттеджный поселок), в то время как станция POL расположена в пределах микрорайона Университетский, находящегося на возвышенности и застроенного 9-этажными зданиями, станция PAT находится на расстоянии ~9.5 км.

Для выделения сейсмического сигнала, связанного с выбросом НИ ТЭЦ, проводился спектральный, спектрально-временной и поляризационный анализ сейсмограмм. На рис. 3 показаны спектрограммы всех трех компонент, полученные на станции IRK. Максимум излучения наблюдается на вертикальной компоненте в узком частотном диапазоне от 6 до 12 Гц с отдельными пиками на частотах 4–18 Гц.

Записи станций MUZ, POL и PAT анализировались в тех же диапазонах и показали значительное увеличение амплитуд вертикальных каналов в полосе частот от 6 до 18 Гц с максимумом на частотах 10–16 Гц (рис. 4).

Сопоставление спектров трех сейсмических компонент (NS – север – юг, EW – запад – восток и Z – вертикальная) показывает максимальное увеличение по вертикальной компоненте для всех четырех станций (рис. 5). При этом максимальное увеличение амплитуды наблюдалось на станции Иркутск – в 7 раз относительно фона, минимальное – на станции POL – 1.1 раза (микрорайон Университетский с высотной застройкой) (табл. 2). Интересно то, что сигнал на станции PAT, расположенной на расстоянии, в 3.2 раза большем относительно станции POL от источника, выделяется более уверенно и имеет бόльшую амплитуду. Этот эффект может быть связан с трассой прохождения сигнала: трасса «НИ ТЭЦ – IRK» проходит через низину над районом садоводства и коттеджной застройки, в то время как трасса «НИ ТЭЦ – POL» пересекает высотную застройку на территории микрорайона, экранирующую и рассеивающую сигнал (см. рис. 1).

Поляризационные диаграммы, показывающие направление движения частиц при прохождении сейсмической волны в среде, представлены на рис. 5. Диаграммы построены в плоскости Z-H (здесь H – горизонтальные волны) для участков записи с наибольшими амплитудами сейсмического сигнала. Согласно диаграммам, колебания происходят преимущественно в вертикальной плоскости. Известно, что при переходе звуковой волны в почву она преобразуется в продольную сейсмическую Р-волну, имеющую при выходе на поверхность вертикальную поляризацию, что и наблюдается на диаграммах (рис. 5). Это свидетельствует о том, что источником анализируемого в работе сигнала является звуковая волна.

При переходе звуковой волны из воздуха в почву теряется более 99 % энергии из-за высокой разницы в плотности среды (для воздуха плотность ≈1.2 кг/м³, для почвы – 1500–2000 кг/м³) и скорости распространения звуковой и сейсмической волн (340 и 500–5000 м/с). Интенсивность звука при этом падает на величину ∆E=20–30 дБ и более.

Затухание звука от точечного источника с расстоянием подчиняется «закону обратных квадратов»: при каждом удвоении расстояния уровень звукового давления снижается примерно на 6 дБ. Это вызвано увеличением площади сферы, через которую проходит звуковая энергия, что приводит к уменьшению давления в два раза.

Формула расчета для точечного источника:

∆L=20·lg(r2/r1),

где ∆L – снижение звукового давления, дБ, r2, r1 – расстояния.

С учетом поправок на потери энергии при переходе воздух – почва и на расстояние можно оценить исходные значения интенсивности звука в районе НИ ТЭЦ (табл. 3).

Таким образом, средняя интенсивность звука в районе НИ ТЭЦ составляет 80–110 дБ (в зависимости от принятой величины затухания), величина стандартного отклонения ~9 дБ. Подобный уровень шума, согласно ГОСТ 12.1.003-83 [GOST…, 2008], относится к вредному непостоянному (по уровню дБ – крайне вредному). Полученные цифры согласуются как с данными расчетов звукового давления сброса пара из котлоагрегатов [Reev, Gunasekara, 2024], так и с данными прямых измерений [Stepanova, Zakharov, 2016; Kisku, Bhargava, 2006] для других ТЭЦ.

Иркутская гидроэлектростанция (ГЭС) расположена на р. Ангаре в Свердловском районе Иркутска и является первой ступенью Ангарского каскада (рис. 6). По данным Ассоциации «Гидроэнергетика России» (официальный сайт: https://www.hydropower.ru/) сооружения станции включают в себя две земляные плотины и здание ГЭС, совмещенное с донными водосбросами. Земляные плотины насыпные из песчано-гравийного грунта, с противофильтрационным ядром из суглинка. Правобережная плотина (длина 2148 м, максимальная высота 43 м) по своим конструктивным особенностям условно разделяется на островную, русловую и правобережную части (рис. 6). Левобережная плотина имеет длину 328 м и максимальную высоту 38.5 м. Здание ГЭС руслового типа, совмещено с донными водосбросами. В здании установлены восемь гидроагрегатов, оборудованных поворотно-лопастными турбинами, работающими при расчетном напоре 26 м. Между гидроагрегатами размещены 16 донных водосбросных водоводов с общей пропускной способностью 3840 м³/с. С учетом пропуска воды через гидроагрегаты максимальная пропускная способность гидроузла достигает 7040 м³/с, при этом сбросы выше 6000 м³/с не допускаются по условиям незатопления Иркутска.

В работе анализировались сейсмические шумы, генерируемые обычным сбросом воды и во время увеличенного сброса. Были выбраны следующие временные периоды:

– обычный сброс: 23 марта – 6 апреля 2020 г., Vw=1700–2000 м³/с, 10–12 марта 2025 г., Vw=1600 м³/с;

– увеличенный сброс: 9–18 августа 2021 г. (Vw=3100–3300 м³/с), 15–24 июля 2024 г. (Vw=2400–2800 м³/с).

Так как в верхней части плотины ГЭС проходит автомобильная дорога, соединяющая право- и левобережную часть города, анализировались самые спокойные периоды – с 18:00 до 20:00 (время UT) (рис. 7).

На спектрах микросейсмических шумов, полученных на станции IRK, хорошо видны узкие высокоамплитудные пики на частоте ~1.4 Гц, соответствующей собственной частоте гидроагрегатов (рис. 8). При увеличенном сбросе воды наблюдается повышение спектральной плотности мощности сейсмических шумов в частотном диапазоне от 0.1 до 40 Гц, максимум приходится на полосу высоких частот – от 1 до 20 Гц, при этом наибольшее увеличение наблюдается для горизонтальных каналов. Максимальное увеличение сейсмического шума отмечается 12 августа 2021 г. в период максимального сброса воды – 3300 м³/с, амплитуды при этом увеличились в ~2.5 раза относительно фона на частоте 2.7 Гц (рис. 8).

Также были проанализированы вариации сейсмических шумов в зависимости от уровня воды в водохранилище Lw за выбранные временные периоды. Данные по уровню водохранилища получены с официального сайта ПАО «РусГидро» (https://rushydro.ru/). Для сравнения использовались средние суточные амплитуды микросейсмического шума, полученные по всем трем каналам – ANS, AEW, AZ (табл. 4).

График вариаций амплитуд сейсмических шумов в зависимости от Lw показывает их увеличение с ростом уровня, при этом максимальное увеличение наблюдается для горизонтальных каналов: для каналов NS и EW среднесуточные амплитуды увеличиваются с ростом уровня водохранилища в 1.88 и 1.98 раза, для канала Z – в 1.65 раза относительно фона (табл. 4). Угол наклона варьируется от 0.2132 до 0.0115, максимальный наклон наблюдается для канала EW, минимальный – для вертикального (рис. 9), при этом относительный подъем уровня водохранилища составил 0.85 м.

Коэффициенты корреляции между средними амплитудами сейсмических шумов показывают высокую зависимость между амплитудами на горизонтальных компонентах и величиной сброса и уровнем воды в водохранилище. Корреляция между указанными параметрами и амплитудами вертикальных компонент отсутствует (табл. 5).

Так как увеличение сброса воды напрямую зависит от уровня водохранилища, разделить влияние этих факторов на вариации микросейсмических шумов достаточно сложно. Тем не менее доминирующим представляется именно увеличение сброса воды за счет роста ударной нагрузки.

В работе предпринята попытка оценить влияние транспортной нагрузки в пределах городской агломерации на уровень микросейсмических шумов. На рис. 7 хорошо видны суточные вариации шумового фона, связанные с транспортной активностью: период с 00 до 06 часов (местное время) является наиболее тихим, затем уровень шумов постепенно повышается и к 08 часам выходит на максимум, сохраняясь до 19:00, после чего начинается постепенный спад. В работе рассматривалось как непосредственно движение автотранспорта, так и общие уровни микросейсмического фона в рабочие и нерабочие дни, в течение суток и во время пандемии коронавируса (COVID-19).

В 2020 г. во время пандемии с 20:00 (время местное) 31 марта до 5 апреля включительно Иркутская область указом губернатора перешла на режим самоизоляции, в связи с чем транспортная нагрузка в городе значительно упала.

Для анализа были выбраны записи станции IRK за периоды с 23 по 31 марта (до изоляции) и с 1 по 6 апреля (во время изоляции). Отдельно анализировались записи, полученные в рабочие и выходные дни: субботу и воскресенье (рис. 10).

В течение суток уровень микросейсмического шума показывает значительные вариации – по сравнению с ночными часами с минимальной транспортной нагрузкой среднечасовые амплитуды шума возрастают для горизонтальных каналов в ~ 5.4 раза, для вертикального – в 8 раз (рис. 10). Полученные результаты также свидетельствуют о том, что уровень микросейсмических шумов стабильно снижается в выходные дни в ~1.3 раза относительно рабочих вне зависимости от режима самоизоляции (рис. 10). При этом уровень шума в рабочие дни в обычном режиме превышает уровень шума в период самоизоляции в ~1.13 раза, а в выходные – в ~1.09 раза (рис. 10).

На рис. 11 показаны спектры микросейсмического шума в выходные дни (суббота) во время режима самоизоляции и в обычный день. Видно, что форма спектра не меняется, в отличие от амплитуд. Максимальное понижение уровня шума во время самоизоляции отмечается на частотах 4–15 Гц для вертикальной компоненты, для горизонтальных компонент понижение амплитуд не так заметно (рис. 11).

Сейсмическая станция IRK расположена в здании Института земной коры СО РАН (г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128) на расстоянии 86 м от ул. Лермонтова – одной из главных транспортных линий города, на расстояниях 76 и 67 м находятся еще две улицы (рис. 12).

Анализ спектрально-временных диаграмм в ночное и дневное время (минимальная и максимальная транспортная нагрузка соответственно) показал увеличение спектральной плотности мощности сейсмического шума в дневное время в частотном диапазоне от 5 до 15 Гц (рис. 13). Этот частотный диапазон согласуется с результатами оценки увеличения микросейсмических шумов при проезде автотранспорта по данным из работы [Kopylova, Khairetdinov, 2021].

На рис. 13 отчетливо видны сигналы, вызванные проездом автотранспорта в ночное время. Максимальное увеличение амплитуды спектральной плотности мощности (в 140 раз относительно спокойного фона) наблюдается для вертикальной компоненты. На рис. 14 в развернутом виде показана исходная запись и спектрограммы всех трех каналов во время движения автомобиля мимо места установки сейсмической станции. Поляризационные диаграммы, полученные в последовательные моменты времени, показывают, как меняются амплитуды и ориентация движения частиц по мере продвижения автомобиля по улице (рис. 14, в). Особенно четко видно, как появляется и меняет азимут максимум излучения на частоте ~8–12 Гц по сравнению со спокойным фоновым излучением (рис. 14, в). При наличии локальной сети станций, расположенной вокруг автомобильной трассы, возможно проследить во времени локализацию транспортного средства и оценить скорость его передвижения.

Помимо сигналов, создаваемых автомобильным транспортом, также были проанализированы микросейсмические шумы, генерируемые железнодорожными составами. Так как в г. Иркутске не было возможности выставить сейсмическую станцию вблизи железнодорожных путей, использовались данные, полученные временной сетью станций в г. Байкальске. Байкальск расположен на южном берегу Байкала, в устье рек Солзан и Харлахта, на федеральной автодороге Р258 «Байкал» и Восточно-Сибирской железной дороге (ВСЖД). В черте города находится остановочный пункт ВСЖД «Байкальск-Пассажирский», за пределами города, в пос. Солзан, расположена станция «Байкальск», где останавливаются поезда дальнего следования. Сейсмические станции в Байкальске были расположены на расстоянии 71 и 1193 м от трассы железной дороги (рис. 15).

По трассе ВСЖД проходят пригородные поезда, поезда дальнего следования, а также грузовые (товарные) составы. В отличие от других сейсмических сигналов антропогенного происхождения, проанализированных в настоящей работе, сейсмические записи, сгенерированные проходящими поездами, легко выделяются визуально и имеют характерную узнаваемую форму (рис. 16). Длительность записи зависит от длины состава и скорости его движения и может составлять от нескольких десятков секунд для пригородного поезда до 5 мин и более для поездов дальнего следования и грузовых составов.

Максимальное увеличение амплитуд сейсмического шума наблюдается для горизонтальных компонент, их значения зависят от тяжести состава и могут увеличиваться в 120 раз для пригородных поездов и в 200 и более раз для грузовых составов и поездов дальнего следования от уровня спокойного фона на расстоянии до 70 м (рис. 16).

Анализ спектров (рис. 17, 18, 19) и спектрально-временных диаграмм (рис. 20, 21, 22, 23) показывает увеличение амплитуд в частотной области от 5 до 30 Гц с максимумом в диапазоне 15–25 Гц для ближней станции (SV). Для дальней станции (SA) наблюдается разложение спектра на две составляющие: увеличение в диапазоне от 2 до 11 Гц с максимумом на частотах 3–6 Гц и увеличение на высоких частотах – 32–45 Гц. При этом для относительно легких пригородных поездов на станции SA, удаленной от железнодорожного полотна на расстояние ~1.2 км, пика в области средних частот (2–11 Гц) не наблюдается.

Анализ записей сейсмических шумов железнодорожного транспорта, выполненный в работе [Kopylova, Khairetdinov, 2021], показал схожий преобладающий диапазон частот: 4–10 Гц для грузовых составов и 5–44 Гц для пассажирских и электропоездов [Kopylova, Khairetdinov, 2021]. Аналогичные результаты – 2–20 Гц – получены в работе [Kishkina, Sutulov, 2025].

На основе измерений амплитуд видимых сигналов была проведена оценка затухания сейсмических волн, генерируемых проходящими составами, между станциями SV и SA по стандартной формуле:

A(r)=A0·e–α·r,

где r – расстояние, α – коэффициент затухания, A(r) и A0 – амплитуды сигнала в пункте измерения и в источнике соответственно. Поскольку рассчитывалось затухание непосредственно между двумя пунктами измерения, за характеристики источника излучения были приняты показатели, полученные на станции SV. Расстояние r между пунктами SVи SA составляет 1122 м. Так как станция SV расположена на грунте без заглубления, а станция SA находится в подвальном помещении на бетонном основании, при расчетах дополнительно были сделаны поправки на удвоение колебаний у свободной поверхности. В табл. 6 приведены исходные данные и результаты расчетов. Полученные значения коэффициента затухания согласуются между собой, среднее значение α=0.0033 м⁻¹. Расчеты сделаны без учета частотной зависимости.

При наличии локальной сети сейсмических станций возможен расчет частотно-зависимого затухания сейсмических волн на пути «источник – приемник», а также эмпирическая оценка изменения частоты сигнала с расстоянием.

Полученные результаты оценок вариаций уровня микросейсмического фона были использованы для построения схемы частотного распределения сигналов антропогенной природы (рис. 24). На схеме хорошо видно, что каждый сигнал характеризуется своим частотным диапазоном и длительностью, что в совокупности с анализом формы записи позволяет достаточно легко интерпретировать неизвестный источник.

Как упомянуто выше, городская застройка также является генератором колебаний. Согласно справочной информации ГОСТ 34081-2017 [GOST…, 2017], в зависимости от типа здания и его этажности периоды собственных колебаний могут меняться в широком диапазоне – от 0.18 до 2.24 с (0.45–5.56 Гц) по горизонтальной оси без учета грунтовых условий под фундаментами. Этот диапазон частично перекрывается с сейсмическими сигналами, генерируемыми авто- и железнодорожным транспортом и, в меньшей степени, работой ГЭС (рис. 24), что может привести к появлению резонансных колебаний и последующему снижению прочности и сейсмостойкости зданий.

Есть мнение, что микросейсмические шумы рассматриваемого диапазона могут оказывать негативное влияние на состояние зданий и сооружений, а также здоровье людей (например [Kopylova, Khairetdinov, 2021; Kotov, 2022]). Наряду с самими микросейсмическими шумами, техногенные источники создают в пределах городской агломерации области повышенного дискомфорта (превышение комфортного уровня звукового фона, вибрации зданий).

Для практического сейсмологического мониторинга размещение станций в крупных городах и населенных пунктах с высокой антропогенной активностью представляется неоптимальным, так как частотный диапазон техногенных воздействий перекрывается с частотами излучения сейсмических волн от локальных и региональных землетрясений (~0.5–10 Гц). Помимо этого, при установке сейсмических станций на территориях городских агломераций неизбежно приходится уменьшать («загрублять») чувствительность каналов, чтобы избежать ложных срабатываний. Эти факторы приводят к потере данных – не всегда можно точно определить время и знак первого вступления продольной волны, время прихода поперечных волн, искажается амплитуда сейсмической волны, что приводит к появлению больших невязок при локализации эпицентра землетрясения и к бесполезности станции при определении фокального механизма землетрясения по знакам первых вступлений. Особенно это заметно при анализе умеренных и слабых землетрясений. В то же время расстановка сейсмических станций в пределах городских агломераций и на территориях опасных и особо важных стратегических объектов необходима, так как только в этом случае возможно получение точных инструментальных данных об интенсивности сотрясений при сильных землетрясениях в отдельных районах города в разных грунтовых условиях. Также размещение сейсмических станций в населенных пунктах удобно с точки зрения инфраструктуры, обеспечения электроэнергией и охраны.

При регистрации сильных движений шум, создаваемый техногенной активностью, может быть проигнорирован (при значительном превышении амплитуд колебаний при землетрясении относительно фона) или достаточно легко удален с помощью отношения спектров полезного сигнала и шума. В случае сейсмометрического мониторинга зданий и сооружений проведение каких-либо дополнительных процедур также не требуется, достаточно выбирать для анализа «незашумленные» участки записей либо, при необходимости, использовать техногенные шумы в качестве зондирующего сигнала. При сейсмологическом мониторинге, имеющем целью рутинную обработку и изучение землетрясений, хорошим выходом будет размещение сейсмических станций за пределами городских агломераций или на их окраинах – удаление от источника высокочастотного техногенного шума на несколько километров позволит минимизировать или даже полностью избежать «зашумления» полезного сигнала, особенно при размещении сейсмического оборудования в скважинах. При невозможности перемещения станций в более спокойные условия при обработке можно использовать анализ спектрограмм для выделения частотного диапазона и длительности полезного сигнала и систему полосовых фильтров для удаления помех.

В результате выполненных работ установлено следующее.

По итогам выполненного исследования можно заключить, что антропогенная деятельность в пределах населенных пунктов находит свое отражение в изменении микросейсмического и акустического полей. При этом каждое антропогенное воздействие (автотранспортная нагрузка, уровень воды в водохранилище и увеличение сброса воды на плотине ГЭС, сброс пара на ТЭЦ) имеет собственные характерные частоты излучения и может быть уверенно идентифицировано с помощью спектрального и спектрально-временного анализа. Задачей геоэкологических исследований в городской агломерации в отношении влияния вибрационных и акустических воздействий является районирование города по уровню и виду воздействий, что поможет в принятии решений по выработке стратегий городской застройки.

Авторы выражают искреннюю благодарность анонимным рецензентам за замечания и предложения, позволившие улучшить качество статьи. Авторы признательны зам. директора БФ ФИЦ ЕГС РАН к.г.-м.н. В.В. Чечельницкому и заведующему лабораторией сейсмологии ИЗК СО РАН к.г.-м.н. Е.В. Брыжаку за предоставленные записи сейсмических станций.

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final version.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.