Тонкая структура косейсмического электромагнитного отклика по данным геомагнитных и сейсмологических наблюдений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе исследуется отклик в вариациях геомагнитного поля, который был вызван землетрясениями 2020–2023 гг. с магнитудами Mw ≥ 7.0 в Эгейском море и на востоке Турции. Проведено детальное сопоставление высокоточных наблюдений геомагнитного поля и сейсмограмм, зарегистрированных на комплексных геофизических обсерваториях в радиусе 3000 км от эпицентов. В работе совместно анализируются осредненные 1-секундные данные скорости изменения магнитного поля и записи широкополосных сейсмических станций. Оцениваются их характеристики как во временной, так и частотной областях. Отдельно сопоставляются спектральные характеристики объемных и поверхностных волн с характеристиками геомагнитного сигнала. Показано, что начало возмущения магнитного поля в каждом пункте наблюдений строго совпадает с приходом P-волны и усиливается при вступлении S-волн. Максимальное геомагнитное возмущение вызывается поверхностными волнами. Амплитуда электромагнитных возбуждений пропорциональна амплитуде порождающих его сейсмических фаз. Таким образом, подтверждена косейсмическая природа наблюдаемого электромагнитного сигнала, предполагающая его возбуждение в земной коре по мере распространения сейсмических волн.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Соловьев

Геофизический центр РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

И. М. Алешин

Геофизический центр РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

С. В. Анисимов

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва

А. Г. Гоев

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН; Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН

Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

А. Н. Морозов

Геофизический центр РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

Д. С. Сапронов

Геофизический центр РАН

Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва

Е. Н. Соловьева

Геофизический центр РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: a.soloviev@gcras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

Список литературы

  1. Адушкин В.В., Овчинников В.М., Санина И.А., Ризниченко О.Ю. “Михнево”: от сейсмостанции № 1 до современной геофизической обсерватории // Физика Земли. 2016. № 1. С. 108–119. doi: 10.7868/S0002333715060010
  2. Антоновская Г.Н., Конечная Я.В., Ваганова Н.В., Басакина И.М., Морозов А.Н., Шахова Е.В., Михайлова Я.А., Данилов К.Б. Вклад уникальной научной установки “Архангельская сейсмическая сеть” в изучение сейсмичности Российской Арктики // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2. С. 1–8.
  3. Гвишиани А.Д., Соловьёв А.А., Сидоров Р.В., Краснопёров Р.И., Груднев А.А., Кудин Д.В., Карапетян Д.К., Симонян А.О. Успехи организации геомагнитного мониторинга в России и ближнем зарубежье // Вестник ОНЗ РАН. 2018. № 10. NZ4001. doi: 10.2205/2018NZ000357
  4. Гоев А.Г., Алешин И.М., Константиновская Н.Л., Резниченко Р.А., Юдочкин Н.А., Дробышев М.Н. Новые широкополосные сейсмические станции в центральной части Восточно-европейской платформы // Физика Земли. 2024. (подана в редакцию)
  5. Иванов А.Г. Эффект электризации пластов земли при прохождении через них упругих волн // Докл. АН СССР. 1939. Т. 24. № 1. С. 41–43.
  6. Канониди Х.Д. Об источнике особого вида геомагнитных пульсаций во время землетрясений // Изв. ВУЗов. Северо-кавказский регион. Естественные науки. № 2. 2014. С. 29–44.
  7. Кудин Д.В., Соловьев А.А., Сидоров Р.В., Старостенко В.И., Сумарук Ю.П., Легостаева О.В. Система ускоренной подготовки квазиокончательных данных стандарта ИНТЕРМАГНЕТ // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 1. С. 46–59. doi: 10.31857/S0016794021010090
  8. Рябова С.А., Шалимов С.Л. О геомагнитных вариациях, наблюдаемых на поверхности Земли и приуроченных к сильным землетрясениям // Физика Земли. 2022. № 4. С. 30–45. doi: 10.31857/S0002333722040081
  9. Смирнов В.Б., Шебалин П.Н. От редколлегии журнала “Физика Земли” // Физика Земли. 2023. № 6. C. 3–4. doi: 10.31857/S0002333723060121
  10. Соловьев А.А. Геомагнитный эффект землетрясений Mw = 7.5–7.8 в Турции 6 февраля 2023 г. // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 511. № 1. С. 78–85. doi: 10.31857/S2686739723600613
  11. Соловьев А.А., Кудин Д.В., Сидоров Р.В., Котиков А.Л. Детектирование геомагнитного джерка 2020 г. по оперативным данным магнитных обсерваторий “Санкт-Петербург” и “Климовская” // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 507. № 1. С. 85–90. doi: 10.31857/S2686739722601375
  12. Соловьев А.А., Сидоров Р.В., Красноперов Р.И., Груднев А.А., Хохлов А.В. Новая геомагнитная обсерватория “Климовская” // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56. № 3. С. 365–379.
  13. Ahmad R.A., Singh R.P., Adris A. Seismic hazard assessment of Syria using seismicity, DEM, slope, active faults and GIS // Remote Sensing Applications: Society and Environment. 2017. V. 6. P. 59–70. doi: 10.1016/j.rsase.2017.04.003
  14. Akkar S., Azak T., Çan T. et al. Evolution of seismic hazard maps in Turkey // Bulletin of Earthquake Engineering. 2018. V. 16. P. 3197–3228. doi: 10.1007/s10518-018-0349-1
  15. Alver F., Kılıçarslan Ö., Kuterdem K., Türkoğlu M., Şentürk M.D. Seismic Monitoring at the Turkish National Seismic Network (TNSN) // Summ. Bull. Internatl. Seismol. Cent., July–December 2017. 2019. 53(II). P. 41–58. doi: 10.31905/D9GRP8RD
  16. Güvercin S.E., Karabulut H., Konca A.O., Doğan U., Ergintav S. Active seismotectonics of the East Anatolian Fault // Geophysical Journal International. 2022. V. 230. № 1. P. 50–69. doi: 10.1093/gji/ggac045
  17. Hayakawa M., Kasahara Y., Nakamura T., MutoF., Horie T., Maekawa S., Hobara Y., Rozhnoi A.A., Solovieva M., Molchanov O.A. A statistical study on the correlation between lower ionospheric perturbations as seen by subionospheric VLF/LF propagation and earthquakes // J. Geophys. Res. 2010. V. 115.A09305. doi: 10.1029/2009JA015143
  18. International Seismological Centre. 2024a. International Seismograph Station Registry (IR). doi: 10.31905/EL3FQQ40
  19. International Seismological Centre. 2024b. On-line Bulletin. doi: 10.31905/D808B830
  20. Kadirioğlu F.T., Kartal R.F. The new empirical magnitude conversion relations using an improved earthquake catalogue for Turkey and its near vicinity (1900–2012) // Turkish Journal of Earth Sciences. 2016. V. 25. № 4. P. 300–310. doi: 10.3906/yer-1511-7
  21. Kudin D., Soloviev A., Matveev M., Shevaldysheva O. On a novel approach to correcting temperature dependencies in magnetic observatory data // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 14 8008. doi: 10.3390/app13148008
  22. Molchanov O. A., Hayakawa M. Seismo-Electromagnetics and Related Phenomena: History and Latest Results // TERRAPUB. Tokyo. 2008. 189 p.
  23. Molchanov O., Kulchitsky A., Hayakawa M. Inductive seismo-electromagnetic effect in relation to seismogenic ULF emission // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2001. V. 1. P. 61–67. doi: 10.5194/nhess-1-61-2001
  24. Sakkas V. Ground Deformation Modelling of the 2020 Mw 6.9 Samos Earthquake (Greece) Based on InSAR and GNSS Data // Remote Sens. 2021. V. 13. 1665. doi: 10.3390/rs13091665
  25. Soloviev A., Dobrovolsky M., Kudin D., Sidorov R. Minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth’s magnetic field from Geomagnetic Observatory Klimovskaya (IAGA code: KLI)ESDB repository. Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2015. doi: 10.2205/kli2011min
  26. Soloviev A., Dzeboev B., Karapetyan J., Grudnev A., Kudin D., Sidorov R., Nisilevich M., Krasnoperov R. Minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth’s magnetic field from Geomagnetic Observatory Gyulagarak (IAGA code: GLK). ESDB repository. Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2020. doi: 10.2205/GLK2020min
  27. Soloviev A., Gvishiani A., Turuntaev S., Sidorov R., Ryakhovsky I., Kudin D., Krasnoperov R., Grudnev A. 1-second sampled values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth’s magnetic field from Geomagnetic Observatory Mikhnevo (IAGA code: MHV). ESDB repository. 2023. Moscow. doi: 10.2205/MHV2023sec
  28. Soloviev A., Kopytenko Y., Kotikov A., Kudin D., Sidorov R., Matveev M. 2020 definitive data from geomagnetic observatory Saint Petersburg (IAGA code: SPG): minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth’s magnetic field. ESDB repository, GCRAS. 2021. Moscow. doi: 10.2205/SPG2020min-def
  29. St-Louis B. INTERMAGNET Operations Committee and Executive Council, 2020. INTERMAGNET Technical Reference Manual, Version 5.0.0
  30. Surkov V.V., Pilipenko V.A., Sinha A.K. Possible mechanisms of co-seismic electromagnetic effect // ActaGeod.Geophys. 2018. V. 53. P. 157–170. doi: 10.1007/s40328-018-0211-6
  31. Thomson A.W.P., Flower S.M. Modernizing a global magnetic partnership // Eos. 2021. V. 102. doi: 10.1029/2021EO156569
  32. Yamazaki K. Revised set of equations describing the seismo-electromagnetic coupled wave field in an ambient geomagnetic field // Geophysical Journal International. 2024. V. 236. № 2. P. 946–951. doi: 10.1093/gji/ggad461

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений с магнитудой Mw ≥ 7 за период 01.01.2020–15.02.2024 гг. по данным USGS (серые круги), отобранные магнитные обсерватории, предоставляющие 1-секундные данные (черные звезды – обсерватории сети ИНТЕРМАГНЕТ, полые звезды – не входящие в ИНТЕРМАГНЕТ обсерватории), и сейсмические станции (обозначены треугольниками).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Графики Fs (сверху) и dF (снизу) за 30.10.2020 г., построенные по секундным данным обсерваторий BDV (а) и KLI (б), и за 5–6 февраля 2023 г. по секундным данным обсерваторий GLK (в) и KLI (г). Моменты первого вступления обозначены вертикальными пунктирными линиями.

Скачать (1000KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики геомагнитных индексов Kp, ap (сверху) и Dst (снизу) за 29–30 октября 2020 г. (а) и 5–6 февраля 2023 г. (б).

Скачать (859KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Шумовые характеристики данных вариометров обсерваторий KLI (а) и MHVg (б) по 1-секундным наблюдениям вертикальной Z-компоненты.

Скачать (672KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Примеры совмещенных графиков северной (верхний), восточной (средний) и вертикальной (нижний) компонент смещений (синий) и dB/dt (оранжевый) в нормированном виде за вычетом среднего по данным пары наблюдений KLM-KLI для ЗТ-1 (а); VJF-SPG для ЗТ-2 (б); KHC-BDV для ЗТ-2 (в); MHVs-MHVg для ЗТ-3 (г); TASB-GLK для ЗТ-3 (д). Вертикальной пунктирной линией обозначен момент прихода P-волны на соответствующую сейсмическую станцию.

Скачать (2MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Примеры периодограмм по нормированным данным для трех компонент смещений (синий) и двух горизонтальных компонент скорости изменения магнитного поля (оранжевый), зарегистрированных за 15-минутный интервал с момента первого вступления: пары пунктов наблюдений GKP-HLP и MHVs-MHVg для события ЗТ-1 (а); KHC-BDV и ADZR-KLI для события ЗТ-2 (б); TASB-GLK и PUL-SPG для события ЗТ-3 (в).

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Периодограммы Z-компоненты сейсмического сигнала при прохождении волны Релея (вверху) и трех компонент (X, Y, Z) электромагнитного отклика dB/dt на трех парах пунктов наблюдений: VJF-SPG (ЗТ-1) (а); MHVs-MHVg (ЗТ-3) (б); PUL-SPG (ЗТ-3) (в).

Скачать (942KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Периодограммы модуля сейсмического сигнала |(N, Z)| при прохождении объемных P- и S-волн (вверху) и трех компонент (X, Y, Z) электромагнитного отклика dB/dt на паре пунктов наблюдений MHVs-MHVg для события ЗТ-2.

Скачать (562KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024