Сейсмо-деформационный и акустический мониторинг геодинамических процессов высокочувствительными пространственно разнесенными приборами в сейсмоэнергоактивной и асейсмической зонах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Приводятся результаты наблюдений широкополосных геофизических процессов с помощью лазерных интерферометров-деформографов и специальной геоакустической аппаратуры. Демонстрируются примеры синхронной регистрации сейсмо-деформационных и геоакустических колебаний земной поверхности на Камчатке и в Подмосковье, а также результаты параллельного анализа полученных данных, показывающего возможность применения предложенной методики для разделения локальных и глобальных возмущений исследуемых процессов.

Полный текст

Введение

Регистрация деформационных и сейсмоакустических процессов в земной коре является перспективным методом инструментального исследования геодинамических явлений, предваряющих и сопровождающих такие мощные стихийные бедствия, как землетрясения, извержения вулканов, тайфуны, цунами и другие явления [Долгих, 2000; Марапулец и др., 2012].

Практически неограниченная широкополосность лазерно-интерферометрических измерителей деформаций позволяет проводить с их помощью сейсмо-деформационные наблюдения в широких динамическом и частотном диапазонах [Дубров, Матвеев, 1998; Долгих, 2011; Barbour, Agnew, 2012]. По своему характеру и временным свойствам регистрируемые этими инструментами процессы разделяются на акустические, сейсмические, деформационно-барические, приливные и термоупругие деформации.

Геоакустические процессы в земной коре занимают самую высокочастотную область спектра от единиц герц до десятков килогерц. Для их изучения используются специально разрабатываемые геофоны, гидрофоны и другие высокочувствительные инструменты [Harrop, Attenborough, 2002; Щербина и др., 2005]. Сопоставление характера сигналов, регистрируемых сейсмо-деформационными и геоакустическими датчиками представляет интерес для изучения и выделения процессов, связанных с подготовкой крупных землетрясений, зарождением и развитием мощных тропических циклонов (тайфунов, ураганов) и других природоопасных явлений.

Сравнительный анализ деформационных и геоакустических сигналов, регистрируемых в сейсмоэнергоактивной и асейсмической зонах позволяет выявить характерные особенности и природу наблюдаемых процессов. При этом применение пространственно разнесенных приборов для их регистрации открывает возможность разделения процессов, носящих характер локальных фоновых помех, от явлений регионального и глобального масштаба.

Инструменты и методы исследования

Приводимые в данной работе результаты получены с использованием двух типов пространственно разнесенных приборов: лазерных интерферометров-деформографов (разнесение около 6.8 тыс. км) и системы широкополосных гидрофонов (разнесение около 20 км).

Для наблюдений в асейсмической зоне (Подмосковье) применялись лазерные интерферометры с длиной плеча от 0.5 м до 400 м, установленные на подземной лучеводной линии ФИРЭ во Фрязино [Дубров и др., 2013; Александров и др., 2018] (рис. 1). Ниже приводятся результаты измерений, выполненных с помощью двух инструментов, построенных по схеме неравноплечего интерферометра Майкельсона с длиной измерительного плеча около 3 м и 100 м.

 

Рис. 1. Схема установки лазерных интерферометров-деформографов на подземной лучеводной линии во Фрязино (а) и общий вид 32-метрового лазерного деформографа в Паратунке (б).

 

Деформационные измерения в сейсмоактивной зоне (Камчатская обл., с. Паратунка) выполнялись лазерным интерферометром-деформографом наземного типа с измерительным плечом длиной 32 м, построенным по трехзеркальной схеме [Александров, 2012; Александров и др., 2013]. Новый усовершенствованный вариант лазерного деформографа длиной 18 м разработан в ИКИР ДВО РАН и функционирует с января 2016 г. [Ларионов, Непомнящий, 2016].

По сравнению с системами широкополосных сейсмических наблюдений, выполняемых приборами типа STS-1 и STS-2 [Комаров и др., 2000], применение высокочувствительных лазерных деформографов, измеряющих пространственные производные в поле сейсмической волны, позволяет получить дополнительную информацию о характере движения геофизической среды. Это открывает новые возможности повышения достоверности определения параметров сейсмических процессов, в том числе природного и искусственного происхождения [Николаев и др., 2010; Дубров и др., 2017].

Изучение геоакустических сигналов в сейсмоактивной зоне выполняется с помощью специально разработанной геоакустической аппаратуры, применяемой для исследования геоакустической эмиссии на различных стадиях развития процесса подготовки землетрясений [Марапулец и др., 2012; Щербина и др., 2005]. Приборы установлены в пунктах наблюдения “Карымшина” и “Микижа” (Камчатская обл.), разнесенных на расстояние около 20 км друг от друга. Система измерения реализована направленными широкополосными пьезоэлектрическими гидрофонами, установленными в укрытых сверху искусственных водоемах, расстояния между гидрофонами от 5 до 50 м, частотный диапазон от сотен герц до первого десятка килогерц.

Лазерно-интерферометрические измерения деформаций земной коры проводятся по специально разработанной методике. В качестве источника когерентного излучения используются стабилизированные или управляемые He-Ne лазеры с длиной волны излучения λ = 633 нм [Александров и др., 2015]. Измерительное плечо интерферометра-деформографа защищено металлической трубой, обеспечивающей для инструмента при средней длине плеча L = 10 м стабильность интерференционного сигнала на уровне 0.5–1 мкм/сутки при установке под землей [Дубров и др., 2013; Александров и др., 2018] и 5–10 мкм/час при наземной установке [Александров и др., 2013]. Для измерения и обработки интерференционного сигнала использовались следящая аналоговая и цифровая системы регистрации с автоматическим переносом начала отсчета на целое число периодов интерферограммы nλ/2, n = 1, 2, ... 8. Разрешающая способность аналоговой и цифровой систем регистрации при измерении вариаций длины ΔL оценивается величинами порядка 0.1 нм и 1 нм соответственно. Аналоговая и цифровая системы регистрации снабжены устройствами вывода данных на персональный компьютер.

С помощью лазерных интерферометров-деформографов подземной и наземной установок выполнен цикл геофизических наблюдений, включающих регистрацию сейсмических, геоакустических и деформационно-барических процессов. На рис. 2 приведены примеры записей, полученных с помощью 3-метрового интерферометра, установленного в подземном помещении на глубине около 5 м во Фрязино и наземного 32-метрового интерферометра в Паратунке.

 

Рис. 2. Регистрация удаленного землетрясения 16.08.2005 (Япония, Mw = 7.2) деформографом с базой 3 м во Фрязино (а, б) и локального землетрясения 31.07.2010 (у побережья Камчатки, K = 10) деформографом c базой 32 м в Паратунке (в, г).

 

На записи рис. 2а длительностью около одного часа показан автоматический сброс следящей аналоговой системы регистрации из точки захвата X-1 в нулевое положение X0. Амплитуда “ступеньки” соответствует смещению интерферограммы на один период или на λ/2 = 316 нм. При программном увеличении масштаба записи в 50 раз на рис. 2б видны зарегистрированные лазерным деформографом объемные сейсмические волны от сильного удаленного землетрясения 16.08.2005 (Япония, магнитуда Mw = 7.2). Эпицентральное расстояние составляет около D = 7.5 тыс. км, максимальная амплитуда зарегистрированных сейсмических деформаций в диапазоне периодов 20–50 секунд достигает 1.95 нм, уровень фоновых колебаний не превышает ±0.2 нм.

На рис. 2в приведен пример регистрации локального сейсмического события с помощью наземного 32-метрового деформографа в Паратунке. Землетрясение 31.07.2010 (энергетический класс K = 10, время в очаге t0 = 16h47m10s UTC) произошло у побережья Камчатки, расстояние от эпицентра до пункта регистрации D = 164 км. Величина автоматического переноса начала отсчета составляет восемь периодов интерферограммы 8λ/2 = 2.528 мкм.

Максимальная амплитуда записанных поверхностных сейсмических волн составляет около ±1.2 мкм, амплитуда первого цуга колебаний с характерными периодами 0.2–0.6 с и длительностью около 7 с (см. рис. 2г) достигает ±389 нм, фоновые колебания в этом диапазоне периодов находятся на уровне ±(1–2) нм. Таким образом, относительная разрешающая способность данного сравнительно простого прибора при измерении сейсмических деформаций оценивается величиной ΔL/L = 3∙10-11 и оказывается сопоставимой с лучшими зарубежными установками лазерных стрейн-сейсмографов как большой протяженности L = 400–700 м наземного типа [Barbour, Agnew, 2012], так и сравнительно коротких L < 100 м, устанавливаемых на большой глубине [Amoruso et al., 2018].

Результаты и их обсуждение

В данном разделе представлены результаты наблюдений и методика выделения сейсмо-деформационных и геоакустических процессов регионального и глобального характера при их параллельной регистрации лазерными деформографами и геоакустическими приборами, разнесенными в пространстве на значительные расстояния (Камчатка–Подмосковье, около 6.8 тыс. км).

На рис. 3 приведены фрагменты синхронной записи сигналов, зарегистрированных 18-метровым лазерным интерферометром на Камчатке (см. рис. 3а) и 100-метровым интерферометром во Фрязино (см. рис. 3б) в период сильного землетрясения Ms = 7.6 в Индийском океане 2 марта 2016 г. Длительность каждого фрагмента составляет 5 часов: с 11h 00m до 16h 00m UTC. Обоими инструментами с 13h до 14h отчетливо регистрируются поверхностные сейсмические волны, вызванные этим землетрясением (эпицентр находился Юго-западнее Суматры, Индонезия, время в очаге по данным геофизической обсерватории ФИЦ ЕГС РАН в Обнинске t0 = 12h49m45s). Различие в зарегистрированных сейсмо-деформационных сигналах обусловлено разными величинами эпицентральных расстояний, азимутальными ориентациями инструментов и локальными условиями. Время прихода поверхностных волн на каждый из пунктов регистрации сдвинуто относительно t0 на 30–40 минут, что соответствует скоростям распространения этих волн 2.7–3.6 км/с [Karmaleyeva et al., 1970]. Приведенные на рис. 3 записи демонстрируют широкополосность применяемых деформографов в длиннопериодном диапазоне 0.1–0.001 Гц и величину отношения сигнал/шум в этой области спектра, которое в нашем случае характеризует соотношение амплитуд сейсмических и деформационно-барических процессов, регистрируемых данными приборами.

 

Рис. 3. Сейсмо-деформационные процессы, сопровождающие землетрясение Юго-западнее Суматры 02.03.2016, Ms = 7.6, зарегистрированные лазерными деформографами на Камчатке (а) и в Подмосковье (б); внизу показан 10-минутный фрагмент регистрации поверхностных сейсмических волн (в).

 

Максимальные величины сверхдлиннопериодных вариаций ΔL, зарегистрированных в течение 5 часов интерферометрами в Паратунке и во Фрязино (см. рис. 3а, 3б), составляют 7 мкм и 40 мкм соответственно, что согласуется с примерно пятикратным различием измеряемых базисов L1 = 18 м и L2 = 100 м. Сравнительно большие величины наблюдаемых вариаций обусловлены незначительным заглублением используемых инструментов (1–2 м), а также влиянием атмосферных, метеорологических и других факторов.

Важно подчеркнуть, что на обеих записях, кроме случайных нерегулярных деформационно-барических и термоупругих вариаций, отмечаются также и коррелированные составляющие зарегистрированных деформаций. Коэффициент R корреляции Пирсона, вычисленный для этих двух 5-часовых реализаций, приведенных на рис. 3а и 3б, является положительным и равен 0.381, квадрат коэффициента корреляции R2 = 0.145, что свидетельствует о наличии значимой корреляции наблюдаемых процессов (критическое значение для данной выборки Rкрит = 0.25, уровень значимости или вероятность ошибки p = 0.05). Интересно отметить, что для фрагментов записей зарегистрированных процессов длительностью порядка 2.5 часа после момента землетрясения, т.е. с 13h30m до 16h00m (см. рис. 3а, 3б), коэффициент R корреляции возрастает до 0.678 (квадрат коэффициента корреляции R2 = 0.46). Это можно объяснить одновременным возбуждением длиннопериодных волн в твердой Земле и коррелированных с ними колебаний в атмосфере, вызванных этим сильным землетрясением. Аналогичное явление наблюдалось после землетрясения 25.09.2003 (Хоккайдо, M = 8.3), когда в атмосфере и ионосфере Земли были зарегистрированы коррелированные колебания с периодами 20–50 минут [Дубров, Смирнов, 2013].

Полученные результаты могут представлять интерес для исследования взаимодействия и выявления корреляции глобальных геофизических процессов в земной коре, атмосфере и Мировом океане [Головачев и др., 2011]. В частности, в случае рассматриваемого землетрясения следует отметить, что развитие процесса его подготовки сопровождалось интенсивной циклонической активностью в Южной части Тихого океана: 7–25 февраля мощный тропический циклон Winston (//www.weather.unisys.com/hurricane/) наивысшей категории 5 SSHWS, перемещаясь по петлеобразной траектории в районе Тонга – Фиджи, развернулся в западном направлении и 26 февраля, войдя в зону Австралийского региона, разрешился ливневыми осадками, прекратив свое существование 03 марта 2016 г. Исследование статистической и пространственно-временной взаимосвязи землетрясений и тропических циклонов (тайфунов, ураганов), являющихся самыми мощными и разрушительными геофизическими явлениями, важно для выяснения физических механизмов наблюдаемых процессов [Dubrov et al., 2014], понимание которых имеет большое практическое значение для разработки методов их прогнозирования.

Другой пример параллельной регистрации сейсмоакустических процессов, выполненной пространственно разнесенными лазерными деформографами (Подмосковье) и геоакустическими приборами (Камчатка) показан на рис. 4. Здесь демонстрируются результаты анализа геоакустических сигналов (см. рис. 4а, 4б) и микросейсмических колебаний земной поверхности (см. рис. 4в) в течение семи суток, предшествующих сильнейшему землетрясению 2015 г., которое произошло 16 сентября на побережье Центрального Чили, Ms = 8.3 (t0 = 22h54m). На двух верхних диаграммах приведены фрагменты непрерывной регистрации геоакустических сигналов при одновременном осуществлении их цифровой фильтрации в диапазонах частот: 2.5–6.5 кГц (см. рис. 4а, пункт наблюдения “Микижа”) и 7–11 кГц (см. рис. 4б, пункт наблюдения “Карымшина”). Временное разрешение при осреднении составляет около одной секунды. В третьем и четвертом ряду (см. рис. 4в, 4г) представлены последовательность спектрально-временных СВАН-диаграмм и соответствующие спектральные распределения S(f) для микросейсмических колебаний земной поверхности, зарегистрированных в этот же период 100-метровым лазерным деформографом во Фрязино. Анализируемый диапазон частот 0.5–2.5 Гц, временное разрешение для каждой из приведенных СВАН-диаграмм и спектральных распределений около одной минуты.

 

Рис. 4. Геоакустические сигналы, зарегистрированные на Камчатке 11–17 сентября 2015 г. (а, б), а также микросейсмические деформации земной поверхности (в, г) и геомагнитная активность (д), зарегистрированные в Подмосковье в тот же период.

 

Сопоставление геоакустических данных, полученных на двух разнесенных пунктах: “Микижа” (см. рис. 4а) и “Карымшина” (см.  рис. 4б), позволяет разделить локальные и региональные возмущения в характере регистрируемых сигналов. В частности, значительное возрастание интенсивности геоакустического сигнала 12 и 13 сентября на рис. 4а связано с ухудшением локальных погодных условий (усиление ветра и выпадением осадков) в пункте наблюдения “Микижа”. В пункте “Карымшина” (см. рис. 4б), расположенном на 20 км южнее, геоакустический сигнал 12 и 13 сентября находится на уровне фоновых значений. В то же время, согласованный рост интенсивности сигналов, зарегистрированных одновременно на обоих пунктах в последующие двое суток 14–15.09.2015 г., может свидетельствовать о его, как минимум, региональном происхождении. Коэффициент R корреляции Пирсона, вычисленный для указанных 2-суточных фрагментов, составляет 0.39 (квадрат коэффициента корреляции R2 = 0.15), что приблизительно вдвое ниже по сравнению с предыдущим примером (см. рис. 3). Однако, корреляция зарегистрированных геоакустических сигналов возрастает в 2–3 раза при их сдвиге во времени относительно друг друга – геоакустический сигнал в пункте “Микижа” (см. рис. 4а) опережает сигнал в пункте “Карымшина” (см. рис. 4б). Зависимость коэффициента R2 от величины временного сдвига τ фактически описывает функцию взаимной корреляции исследуемых процессов. Рассчитанная зависимость R2(τ) для двух указанных фрагментов геоакустических сигналов приведена на рис. 5 (кривая 1).

 

Рис. 5. Взаимная корреляция геофизических процессов 14–15 сентября: 1 – геоакустических сигналов в пунктах “Микижа” и “Карымшина” (Камчатка); 2 – геоакустических сигналов в пункте “Микижа” (Камчатка) и геомагнитной активности в Подмосковье; 3 – геоакустических сигналов в пункте “Карымшина” (Камчатка) и геомагнитной активности в Подмосковье.

 

Результаты наблюдения микросейсмических деформаций земной поверхности в Подмосковье за рассматриваемый период с 11 по 17 сентября 2018 г. (см. рис. 4в, 4г) также обнаруживают значимые вариации, которые проявляются в виде изменений интенсивности и перестройки спектрального состава регистрируемых сигналов во времени. Относительная интенсивность компонент сигнала на спектрально-временных СВАН-диаграммах (см. рис. 4в) изображена уровнями серого цвета от 0 (белый цвет) до 1.0 (черный цвет). Абсолютные же значения интенсивностей для каждой СВАН-диаграммы задаются масштабными коэффициентами, которые приведены под этими диаграммами. На рис. 4г приведены соответствующие спектральные распределения S(f) зарегистрированных сигналов за этот же период в стандартном графическом представлении.

Нерегулярные случайные вариации интенсивности слабых микросейсмических сигналов в диапазоне частот 1–2 Гц наблюдаются 11–13 сентября как на СВАН-диаграммах (см. рис. 4в), так и на спектральных распределениях S(f) (см. рис. 4г). Их уровень не превышает 12–13 абсолютных единиц 11–12 сентября и снижается до 6 абсолютных единиц 13 сентября. Резкое возрастание микросейсмических сигналов происходит в последующие сутки – масштабные коэффициенты увеличиваются в 3–5 раз 14–17 сентября, а интенсивность спектральных линий достигает 52 относительных единиц. Наблюдается резкое сужение спектральных линий при одновременном возрастании их абсолютной интенсивности, что проявляется наиболее отчетливо 14 и 16 сентября (показано стрелками, см. рис. 4в, 4г). Так, если 11–13 и 17 сентября эффективная ширина спектрального распределения S(f) составляет около 1 Гц (занимаемая сигналом область находится в пределах от 1 Гц до 2 Гц), то 14 и 16 сентября эта область сужается до 0.1–0.2 Гц и сосредоточена в районе мощного спектрального пика около 1.3 Гц. Более того, 16 сентября происходит даже расщепление этого пика на две компоненты.

Отмеченные рост и перестройка сейсмо-деформационных сигналов во Фрязино зарегистрированы за 20–50 часов до чилийского землетрясения 16.09.2015. В этот же промежуток времени 14–15 сентября зарегистрирован также согласованный рост интенсивности геоакустических сигналов приборами на Камчатке (см. рис. 4а, 4б). К сожалению, значительное различие в частотных диапазонах исследуемых микросейсмических и геоакустических процессов, а также в используемых методических приемах обработки данных не позволяет нам провести здесь какие-либо количественные оценки корреляции, поэтому можно говорить только о качественно установленной взаимозависимости зарегистрированных процессов.

Следует отдельно сказать о возможных механизмах возрастания интенсивности геоакустических и перестройки микросейсмических сигналов, параллельно наблюдаемых в пунктах, разнесенных на большое (до 104 км) расстояние. Механизм возбуждения колебаний как отклик геоакустической эмиссии на активизацию деформационных процессов при подготовке землетрясения [Марапулец и др., 2012] в данном случае маловероятен вследствие быстрого затухания высокочастотных колебаний в среде на расстояниях, значительно превышающих характерные размеры активной зоны подготовки землетрясения. Удовлетворительным объяснением наблюдаемых явлений могут служить коррелированные возмущения земной поверхности, атмосферы и ионосферы Земли, подробно исследованные в работе [Дубров, Смирнов, 2013], которые могут быть взаимосвязанными с ростом циклонической активности в Мировом океане в периоды, предшествующие и сопровождающие сильные землетрясения [Головачев и др., 2011; Dubrov et al., 2014]. Физические аспекты возбуждения квазипериодических осцилляций и явления их синхронизации перед сильными землетрясениями подробно рассмотрены в работе [Sobolev, 2011]. Отмечается, что фазы неустойчивого равновесия энерго-насыщенной среды могут сопровождаться стохастическими колебаниями и их синхронизацией (в том числе – на нескольких частотах), фликкер-шумом, возникновением шумовых импульсов взрывного характера и другими явлениями. В работе [Sobolev, 2011] приведены примеры наблюдения “взрывов” квазипериодических колебаний и их синхронизации в длиннопериодном и сверх длиннопериодном диапазонах частот 10-2–10-4 Гц, зарегистрированных разнесенными сейсмостанциями сети IRIS за несколько суток до землетрясений с магнитудами M = 7.8–9.2.

Квазипериодические высокочастотные (1–30 Гц) микросейсмические деформации антропогенного происхождения и явления роста их когерентности (выражающегося в сужении спектральных линий и расщеплении их на отдельные компоненты), предваряющие удаленные землетрясения с магнитудами M = 6.5–7.9, впервые были отмечены разнесенными широкополосными лазерными деформографами [Дубров и др., 1987; Dubrov et al., 1989]. В частности, было показано, что расщепление узких спектральных пиков на отдельные компоненты может являться следствием их амплитудной модуляции, например, под действием штормовых микросейсм, возбуждаемых в морях и океанах. Источником когерентных микросейсм на частотах 50/n Гц (n – целое число), как было установлено в работе [Дубров и др., 1987], являются мощные электроэнергетические установки (главным образом, тепловые, атомные и гидроэлектростанции).

Таким образом, зарегистрированный согласованный рост интенсивности геоакустических сигналов на частотах 2.5–11 кГц и совпадающая с ним перестройка сейсмо-деформационных сигналов на частотах 1.1–1.4 Гц (см. рис. 4а–4г) условно может представляться здесь высокочастотным аналогом синхронизации сверхнизкочастотных микросейсм [Sobolev, 2011], наблюдаемой перед сильными землетрясениями.

Дополнительным подтверждением того, что геоакустические и микросейсмические процессы, зарегистрированные нами одновременно приборами на Камчатке и в Подмосковье, не являются случайными локальными возмущениями, а носят глобальный характер, могут служить данные наблюдений за состоянием магнитосферы Земли за этот же период. Интенсивные геомагнитные вариации величиной 80–150 nT (индекс геомагнитной активности Kp = 5–6) отмечены 11 и 14 сентября 2015 г. станциями Восточного и Западного полушария (www.intermagnet.org), а также геостационарными спутниками GOES NOAA (ftp.swpc.noaa.gov). Ход геомагнитного индекса Kp по данным Геофизической обсерватории ИЗМИРАН (Москва, г. Троицк http://forecast.izmiran.ru/) приведен на рис. 4д. Результаты вычисления коэффициентов корреляции Пирсона для геомагнитной активности 14–15 сентября в Подмосковье и геоакустических процессов на Камчатке со сдвигом по времени показаны на рис. 5 (кривые 2 и 3). Полученные максимальные значения коэффициентов корреляции 0.44 и 0.49 (квадраты коэффициентов R2 равны 0.19 и 0.24, соответственно) свидетельствуют о значимой взаимозависимости анализируемых процессов. Взаимная временная задержка геоакустических сигналов и геомагнитной активности находится в пределах ±3 часа. Небезинтересно заметить, что 14.09.2015 – день первой регистрации гравитационно-волнового излучения, произведенной двумя пространственно разнесенными лазерными интерферометрами LIGO [Abbott et al., 2016].

Заключение

Представлена новая методика и оригинальные результаты наблюдений сейсмо-деформационных и геоакустических процессов при их параллельной регистрации лазерными деформографами и геоакустическими приборами, разнесенными в пространстве на значительные расстояния (Камчатка–Подмосковье, около 6.8 тыс. км). Показана возможность применения предложенной методики для разделения локальных и глобальных возмущений исследуемых процессов.

Впервые выполнен сравнительный анализ деформационных и геоакустических сигналов в широкой области спектра от единиц герц до десятков килогерц, регистрируемых в сейсмоактивной и асейсмической зонах.

При сопоставлении данных, полученных разнесенными приборами, отмечены значимый рост геоакустических и перестройка микросейсмических колебаний земной поверхности, происходившие за 20–50 часов до удаленного землетрясения 16.09.2015, Ms = 8.3.

Проведенные исследования показывают возможность применения разработанных методов в современных системах геофизического мониторинга для повышения достоверности определения параметров сейсмических процессов природного и искусственного происхождения, а также для выделения глобальных геофизических эффектов, связанных с процессами подготовки сильных землетрясений с магнитудой M > 7, прохождением мощных тропических ураганов (тайфунов, цунами) и других явлений на поверхности Земли и в околоземном пространстве.

×

Об авторах

Д. В. Александров

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mnd139@ire216.msk.su
Россия, 141190, г. Фрязино Московской обл., пл. Введенского, 1

М. Н. Дубров

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: mnd139@ire216.msk.su
Россия, 141190, г. Фрязино Московской обл., пл. Введенского, 1

И. А. Ларионов

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН

Email: mnd139@ire216.msk.su
Россия, 684034, с. Паратунка Елизовского р-на Камчатского края, ул. Мирная, 7

Ю. В. Марапулец

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН

Email: mnd139@ire216.msk.su
Россия, 684034, с. Паратунка Елизовского р-на Камчатского края, ул. Мирная, 7

Б. М. Шевцов

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН

Email: mnd139@ire216.msk.su
Россия, 684034, с. Паратунка Елизовского р-на Камчатского края, ул. Мирная, 7

Список литературы

  1. Александров Д.В. Особенности работы трехзеркального интерферометра и использование его для регистрации деформаций земной поверхности // Нелинейный мир. 2012. № 2. С. 114–115.
  2. Александров Д.В., Кравцов В.В., Ларионов И.А. Предварительные результаты испытаний трехзеркального лазерного интерферометра на Камчатском геополигоне // Труды 23-ей Международной конференции “Лазеры, измерения, информация”, 5–6 июня 2013 г., Санкт-Петербург. СПб., 2013. С. 105.
  3. Александров Д.В., Кравцов В.В., Дубров М.Н. Изучение работы управляемых лазер-интерферометров на больших базах // Нелинейный мир. 2015. Т. 13. № 2. С. 5–6.
  4. Александров Д.В., Кравцов В.В., Дубров М.Н. Результаты испытаний лазерных интерферометров-деформографов на Фрязинском Лучеводном полигоне // Нелинейный мир. 2018. № 2. С. 44–46.
  5. Головачев С.П., Дубров М.Н., Волков В.А. Взаимосвязь тропического циклогенеза и сейсмической активности по данным спутниковых и наземных измерительных комплексов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 232–238.
  6. Долгих Г.И. Исследование волновых полей океана и литосферы лазерно-интерференционными методами. Владивосток: Дальнаука, 2000. 160 с.
  7. Долгих Г.И. Принципы построения однокоординатных лазерных деформографов // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37. Вып. 5. С. 24–30.
  8. Дубров М.Н., Яковлев А.П., Алешин В.А. О связи высокочастотных микросейсмических деформаций с напряженным состоянием литосферы // Докл. АН СССР. 1987. Т. 293. № 5. С. 1085–1089.
  9. Дубров М.Н., Матвеев Р.Ф. Разработка и исследование многокомпонентных геофизических лазерных интерферометров-деформографов // Радиотехника и электроника. 1998. Т. 43. № 9. С. 1147–1152.
  10. Дубров М.Н., Смирнов В.М. Взаимосвязанные возмущения земной поверхности, атмосферы и ионосферы Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53. № 1. С. 53–63.
  11. Дубров М.Н., Александров Д.В., Кравцов В.В. Лазерные интерферометры-деформографы: новые разработки и применение // Электронный журнал “Исследовано в России”. 2013. № 025. С. 354–359. URL http://cplire.ru:8080/6260/1/zhurnal_article_2013_025.pdf (дата обращения: 15.10.2018)
  12. Дубров М.Н., Луканенков А.В., Николаев А.В. Перспективы развития сейсмического мониторинга // Физика ядерного взрыва. Т. 5. Контроль ядерных испытаний / Под ред. В.М. Лоборева и др. М.: Физматлит, 2017. С. 161–185.
  13. Комаров И.И., Синева З.И., Михайлова Н.Н., Абдрахманова Г.С. Модель сейсмического шума по наблюдениям геофизической обсерватории “Маканчи” // Вестник НЯЦ РК. Геофизика и проблемы нераспространения. 2000. Вып. 2. С. 17–23.
  14. Ларионов И.А., Непомнящий Ю.А. Особенности геодеформационных измерений приповерхностных осадочных пород // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2016. № 3(14). С. 85–90.
  15. Марапулец Ю.В., Шевцов Б.М., Ларионов И.А. и др. Отклик геоакустической эмиссии на активизацию деформационных процессов при подготовке землетрясений // Тихоокеанская геология. 2012. Т. 31. С. 59–67.
  16. Николаев А.В., Луканенков А.В., Дубров М.Н. Новые возможности совместной обработки данных регистрации смещений и деформаций в поле сейсмической волны // ДАН. 2010. Т. 430. № 6. С. 816–819.
  17. Щербина А.О., Мищенко М.А., Ларионов И.А. Аппаратно-программный комплекс мониторинга геоакустической эмиссии // Вестник КРАУНЦ. Серия Науки о Земле. 2005. №2(6). С. 128–132.
  18. Abbott B.P., Abbott R., Abbott T.D. et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. Iss. 6. P. 061102.
  19. Amoruso A., Crescentini L., Bayo A. et al. Two High-Sensitivity Laser Strainmeters Installed in the Canfranc Underground Laboratory (Spain): Instrument Features from 100 to 0.001 mHz // Pure and Applied Geophysics. 2018. V. 175. Iss. 5. P. 1727–1737.
  20. Barbour A.J., Agnew D.C. Detection of Seismic Signals Using Seismometers and Strainmeters // Bulletin of the Seismological Society of America. 2012. V.102. № 6. P. 2484–2490.
  21. Dubrov M.N., Alyoshin V.A., Yakovlev A.P. Wideband laser strainmeters as a new instrument for geophysical research // Gerlands Beitr. Geophysik. Leipzig. 1989. V. 98(4). P. 292–300. ISSN: 0016-8696.
  22. Dubrov M.N., Volkov V.A., Golovachev S.P. Earthquake and hurricane coupling is ascertained by ground-based laser interferometer and satellite observing techniques // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. Discus. 2014. V. 2(1). P. 935–961. (Discussion part of the Interactive Open Access Journal of EGU). doi: 10.5194/nhessd-2-935-2014.
  23. Harrop N., Attenborough K. Laser-Doppler vibrometer measurements of acoustic-to-seismic coupling in unconsolidated soils // Applied Acoustics. 2002. V. 63. № 4. P. 419–429.
  24. Karmaleyeva R.M., Latynina L.A., Savarensky E.F. On the Observation of Long-Period Waves with Quartz Extensometers // Pure and Applied Geophysics. 1970. V. 82. № 1. P. 85–97.
  25. Sobolev G. A. Seismicity dynamics and earthquake predictability // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011. № 11. P. 445–458. doi: 10.5194/nhess-11-445-2011.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схема установки лазерных интерферометров-деформографов на подземной лучеводной линии во Фрязино (а) и общий вид 32-метрового лазерного деформографа в Паратунке (б).

Скачать (112KB)
3. Рис. 2. Регистрация удаленного землетрясения 16.08.2005 (Япония, Mw = 7.2) деформографом с базой 3 м во Фрязино (а, б) и локального землетрясения 31.07.2010 (у побережья Камчатки, K = 10) деформографом c базой 32 м в Паратунке (в, г).

Скачать (72KB)
4. Рис. 3. Сейсмо-деформационные процессы, сопровождающие землетрясение Юго-западнее Суматры 02.03.2016, Ms = 7.6, зарегистрированные лазерными деформографами на Камчатке (а) и в Подмосковье (б); внизу показан 10-минутный фрагмент регистрации поверхностных сейсмических волн (в).

Скачать (79KB)
5. Рис. 4. Геоакустические сигналы, зарегистрированные на Камчатке 11–17 сентября 2015 г. (а, б), а также микросейсмические деформации земной поверхности (в, г) и геомагнитная активность (д), зарегистрированные в Подмосковье в тот же период.

Скачать (138KB)
6. Рис. 5. Взаимная корреляция геофизических процессов 14–15 сентября: 1 – геоакустических сигналов в пунктах “Микижа” и “Карымшина” (Камчатка); 2 – геоакустических сигналов в пункте “Микижа” (Камчатка) и геомагнитной активности в Подмосковье; 3 – геоакустических сигналов в пункте “Карымшина” (Камчатка) и геомагнитной активности в Подмосковье.

Скачать (67KB)

© Российская академия наук, 2019