Электромагнитные аномалии в связи с Култукским...
Post on 03-Jan-2016
63 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Электромагнитные аномалии в связи с Култукским землетрясением на оз. Байкал
Ю.Ф. Мороз1,2, Г.И. Татьков2 , Т.А. Мороз1, Т. Моги3,
Ц.А. Тубанов2, П.А. Предеин2
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск- Камчатский
2 Геологический институт СО РАН, Улан-Удэ
3 Университета Хоккайдо(Япония)
Содержание
• Введение
• Методика работ и обработки данных
• Анализ вариаций геомагнитного поля
• Мониторинг геоэлектричеческой неоднородности среды
• Аномальные эффекты в электрическом поле Земли
• Аномальные изменения напряжённости электрического
поля, электропроводности среды и уровня подземных вод
• Выводы
Схема расположения пунктов наблюдений и векторов ReW
Степной дворец
Хурамша
Сухой ручей
Надеено
Патроны
Энхалук
Тырган
20 км
оз. Б а
й к
а л
ReW0.1
100 100
1000
1000
1000
1000
100
100
2
3
1
4100
• 1 – обсерватория Патроны, 2 – пункты наблюдений, 3 – эпицентр Култукского землетрясения с М = 6.3 (27.08.2008 г.), 4 – вещественный типпер ReW.
Вековые вариации составляющих геомагнитного поля H,D,Z.
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
56800
57000
57200
57400
56800
57000
57200
57400
Z
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
-200
-180
-160
-140
-120
D
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
18600
18800
19000
19200
19400
19600
19800
H
На
пряж
енн
ост
ь, н
Тл
Скл
оне
ние
, м
ину
ты
На
пряж
енн
ост
ь, н
Тл
М =6,327.08.2008
года
года
года
Сопоставление графиков вековых вариаций напряжённости вертикального геомагнитного поля в обсерваториях Паратунка (1) и Патроны (2).
45600
46000
46400
46800
47200
0 10 20 30 40 50
56800
56900
57000
57100
57200
57300
57400
На
пряж
енн
ост
ь, н
Тл
(Па
рат
унка
)
На
пряж
ённ
ость
, нТ
л(П
атр
оны
)
1 2
1 9 7 6 1 9 8 6 1 9 9 6 2 0 0 6
М =6.3
График среднегодовых значений напряжённости полного вектора геомагнитного поля в обс. Патроны
0 2 4 6 8 1 0
6 0 2 8 0
6 0 2 9 0
6 0 3 0 0
6 0 3 1 0
6 0 3 2 0
F , нТл
годы2 0 0 3 2 0 0 5 2 0 0 7 2 0 0 9 2 0 1 1
• На временной оси стрелкой показан момент Култукского землетрясения.
Сопоставление графиков среднегодовых значений напряжённости полного вектора геомагнитного поля в обс. Патроны и в пп. Сухой ручей, Хурамша, Надеено
0 2 4 6 8 10
60040
60050
60060
60070
60080Н адеено
0 2 4 6 8 1 0
6 0 3 6 0
6 0 3 7 0
6 0 3 8 0
6 0 3 9 0
6 0 4 0 0 Сухой ручей
0 2 4 6 8 10
60480
60490
60500
60510 Х урам ш а
0 2 4 6 8 10
60280
60290
60300
60310
60320П атроныF ,нТл
F ,нТл
F ,нТл
F ,нТл
2003 2005 2007 2009 2011 годы
Графики разностей годовых значений напряжённости геомагнитного поля между пунктами наблюдений и обсерваторией Патроны.
-2 5 2
-2 4 8
-2 4 4
-2 4 0
-2 3 6
-2 3 2
Н адеено-П атроны
1 8 5
1 9 0
1 9 5
2 0 0
Хурам ш а-П атроны
7 0
7 5
8 0
С ухй ручей-П атроныF s-F p ,нТл
F h -F p ,нТл
F n -F p ,нТл
2003 2005 2007 2009 2011
2003
2003
2005
2005
2007
2007
2009
20112009годы
годы
годы
2011
Частотные характеристики магнитных типперов
Нz = WzxHx + Wzy Hy , где Hz, Hx Hy, – составляющие наблюденного геомагнитного поля; Wzx, Wzy –
коэффициенты, зависящие от частоты, распределения электропроводности в Земле и ориентации
координатных осей.
Hz = [W] Hгор., где [W] = [Wzx,Wzy]; Hгор= [Hx, Hy].
Матрица Визе-Паркинсона может быть представлена в векторной форме:
W = Wzx1x + Wzy 1y
Вектор W называется типпером Визе –Паркинсона или индукционной стрелкой Визе –Паркинсона.
Комплексный вектор W состоит из вещественного и мнимого типпера (вещественная и мнимая
индукционные стрелки):
W = ReW + iImW, где
ReW = ReWzx1x + ReWzy1y
ImW = ImWzx1x + ImWzy1y
Частотные характеристики магнитного типпера в обс. Патроны, пп. Тырган,
Энхалук и Надеено.
1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
0
0 .0 4
0 .0 8
0 .1 2
0 .1 6
0 .2
R eW
T , c
1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
-1 0 0
-5 0
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
T , c
А з , гр ад .
R eW ,Im W
100 1000 10000 100000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
100 1000 10000 100000
-200
-150
-100
-50
0
50
100
100 1000 10000 100000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
100 1000 10000 100000
-100
-50
0
50
100
150
R eW ,Im W
R eWIm W
R eW ,Im W
А з, гр ад .
А з , гр ад .
R eW
R eW
T , c
T , c
T , c
T , c
обс.П атроны п.Тырган
п.Э нхалук п.Надеено
100 1000 10000 100000
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
100 1000 10000 100000
-100
0
100
200
300
T , c
T , c
А з , гр ад .
R eW
R eW
Im W
Im W
Im W
Im W
Im W
R eW
R eW ,Im W
Im W
R eW
Im W
Схема расположения пунктов наблюдений и векторов ReW
Степной дворец
Хурамша
Сухой ручей
Надеено
Патроны
Энхалук
Тырган
20 км
оз. Б а
й к
а л
ReW0.1
100 100
1000
1000
1000
1000
100
100
2
3
1
4100
• 1 – обсерватория Патроны, 2 – пункты наблюдений, 3 – эпицентр Култукского землетрясения с М = 6.3 (27.08.2008 г.), 4 – вещественный типпер ReW.
Временной ряд вещественного типпера на периоде 150 с.
0 200 400 600 800
-1
0
1
2
2001 2003 2005 2007 2009 2011года
сутки х 5
R eW
М =6.3
52°
102° 108°
Улан-Удэ
1 41 32
35 км 0 35 70 105 км
Иркутск
Тальцы52°
102° 108°
Выдрино
Бабушкин
Котокель
Узур
БыстраяШигаево
Тырган
Солнопечное
Талая
Патроны
Схема расположения пунктов наблюдений электромагнитного поля, уровня подземных вод и эпицентра Култукского землетрясения
99
10
а б
100 м
С
5
44 4
8 88
0 0
5 5
1
1
1
6 6
3 3
2 2
77
Система наблюдений электрического поля японскими (а) и российскими регистраторами
0 200 400 600 800 1000
154
156
158
0 200 400 600 800 1000
358
360
362
0 200 400 600 800 1000
16
24
32
0 200 400 600 800 1000
120
128
0 200 400 600 800 1000
950
952
954
м В/км
M =6.3L=127км27.08.2008 (01:35:31)
сек х 10
а
б
в
г
д
0 200 400 600 800 1000
348
352
0 200 400 600 800 1000
76
80
84
0 200 400 600 800 1000
-268
-264
0 200 400 600 800 1000
-122
-118
0 200 400 600 800 1000
-892.8
-892.4
M =6.3L=312 км27.08.2008 (01:35:31)
0 200 400 600 800 1000
-32
-28
-24
0 200 400 600 800 1000
-644
-640
0 200 400 600 800 1000
170
172
0 200 400 600 800 1000
702
704
0 200 400 600 800 1000
219222002208
M =6.3L=176 км27.08.2008 (01:35:31)
а
б
в
г
д
а
б
в
г
д
0 200 400 600 800 1000
-40-32-24-16
0 200 400 600 800 1000
230
240
0 200 400 600 800 1000
1648
1652
1656
0 200 400 600 800 1000
1036
1040
M =6.3L=108 км27.08.2008 (01:35:31)
а
б
в
г
д
м В/км
м В/км м В/км
Б абуш кин Котокель
Ш игаево С олнопечное
сек х 10
сек х 10 сек х 10
0 200 400 600 800 1000
-4900
-4880
-4860
Временные ряды напряжённости электрического поля
0 200 400 600 800 1000
160
164
168
0 200 400 600 800 1000
504
508
512
0 200 400 600 800 1000
-88
-80
-72
0 200 400 600 800 1000
-1128
-1120
-1112
0 200 400 600 800 1000
-3452
-3448
-3444
M =6.3L=60 км27.08.2008 (01:35:31)
а
б
в
г
д
0 200 400 600 800 1000
-560
-480
0 200 400 600 800 1000
920
1000
1080
0 200 400 600 800 1000
80
160
0 200 400 600 800 1000
160
240
320
0 200 400 600 800 1000
0
160
320
мВ/кма
б
в
г
д
мВ/км
M =6.3L=201 км27.08.2008 (01:35:31)
0 200 400 600 800 1000
556
558
560
0 200 400 600 800 1000
-4
-2
0
0 200 400 600 800 1000
196
198
200
0 200 400 600 800 1000
-558
-556
-554
0 200 400 600 800 1000
-1138
-1136
-1134
M =6.3L=312 км27.08.2008 (01:35:31)
мВ/км
0 200 400 600 800 1000
142144146148
0 200 400 600 800 1000
-404
0 200 400 600 800 1000
528
531
0 200 400 600 800 1000
1134
1140
мВ/кма
б
в
г
д
а
б
в
г
0 200 400 600 800 1000
11560
11600
11640
M =6.3L=43 км27.08.2008 (01:35:31)
д
сек х 10
сек х 10
сек х 10 сек х 10
Тальцы Ты рган
У зур Вы дрино
Временные ряды напряжённости электрического поля
Графики напряжённости составляющих геомагнитного поля Н и D в обс.Патроны и п. Тырган.
С олнопечное
Ш игаево
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.1
1
10
100
1000
10000
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.1
1
10
100
1000
10000
c 1 /2
Тальцы
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.1
1
10
100
1000
10000
Бы страя
0.01 0.1 1 10 100 1000
1
10
100
1000
10000
100000
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.01
0.1
1
10
100
1000
Узур
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.01
0.1
1
10
100
1000
Вы дрино
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.1
1
10
100
1000
10000
Б абуш кин
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.01
0.1
1
10
100
1000
Ты рган
0.01 0.1 1 10 100 1000
0.1
1
10
100
1000
10000
Котокель
к,О м .м
к,О м .м
c1 /2
к,О м .м
к,О м .м
c1 /2,
c1 /2,
1 2 3
Кривые МТЗ вокруг южной части озера Байкал
График зависимости разности времени между моментами землетрясения и временем возникновения импульсов от эпицентрального расстояния
Сопоставление графиков напряжённости электрического поля внутриземных источников в п. Быстрая и уровня подземных вод в п. Талая. На временной оси
указан момент землетрясения с М=6.3
Сопоставление графиков вещественной и мнимой частей электрического типпера в п. Быстрая с графиком уровня подземных вод в п. Талая. На временной оси указан
момент землетрясения с М=6.3.
Выводы
По данным многолетних наблюдений геомагнитного поляв ыявлены изменения среднегодовых
значений полного вектора геомагнитного поля с 2003 по 2011 гг. Предполагается, что эти изменения могут
быть вызваны активизацией геодинамических процессов, которые проявились сильнейшим Култукским
землетрясением.
По вариациям геомагнитного поля в диапазоне периодов от первых минут до первых часов получены
частотные кривые магнитного типпера в обс. Патроны, пп. Энхалук , Тырган и Надеено.
Экспериментальные кривые типперов нельзя объяснить наличием только проводящего осадочного чехла
в Байкальской впадине. Удовлетворительное согласие экспериментальных и модельных частотных
кривых типпера получено для обобщённой двумерной модели, содержащей также глубинные проводящие
слои. При этом в районе п. Энхалук модель на глубинах 2 -10 км содержит разлом шириной в первые сотни
метров с удельным электрическим сопротивлением в первые единицы Ом∙м.
В поведении вещественных типперов на периодах 150 – 300 с проявилось аномальное возмущение,
которое может быть связано с Култукским землетрясением. Приближённые оценки, выполненные с
помощью численного моделирования магнитотеллурического поля, свидетельствуют, что для подобного
изменения вещественного типпера на периоде 150 с необходимо увеличение электропроводности верхних
частей земной коры южной части впадины в первые десятки раз. Возможно, что в результате
землетрясения в указанные части разреза произошло проникновение высокоминерализованных
растворов. С течением времени минерализация растворов уменьшалась и аномалия исчезла. Также нельзя
исключить появление в результате землетрясения литосферно-ионосферных связей, которые могли
привести к аномальным возмущениям магнитного типпера.
В электротеллурическом поле, примерно, за 20 минут до землетрясения не проявились или слабо проявились короткопериодные вариации с периодами в первые десятки секунд. Эффект выражен в геомагнитном поле. Он является региональным. Связь эффекта с землетрясением проблематична. Различная степень проявления эффекта в пунктах наблюдений определяется электропроводностью геологической среды.
Наряду с затуханием высокочастотных вариаций перед землетрясением в электрическом поле проявились скачкообразные изменения по времени близкие к моменту землетрясения. В большей мере они выражены в поведении вертикальной компоненты электрического поля. Эффект связан с приходом сейсмической волны и является косейсмическим. Амплитуда сейсмоэлектрического сигнала определяется интенсивностью сейсмической волны. Сейсмоэлектрический сигнал может быть обусловлен электрокинетическим эффектом, а также смещением электродов в результате действия сейсмической волны от землетрясения.
В п. Быстрая в поведении электрического поля внутриземных источников выявлена бухтообразная аномалия интенсивностью 100 мВ/км, связываемая с Култукским сильным землетрясением. Аномальное изменение электрического поля началось за 40 суток до землетрясения. Аномалия по времени и форме согласуется с подъёмом уровня воды в скважине, расположенной в 14 км от пункта Быстрая. Предполагается, что в связи с землетрясением увеличились тектонические напряжения в земной коре, которые вызвали поднятие уровня подземных вод. В результате возникли электрокинетические, электрохимические и другие эффекты в верхних частях земной коры, которые проявились аномальным изменением напряжённости электрического поля, которое является предвестником сильного Култукского землетрясения.
В п. Быстрая в поведении вещественной части электрического типпера, характеризующего геоэлектрическую неоднородность среды, выявлено аномальное изменение в виде бухтообразной вариации, которая связывается с Култукским землетрясением. Вариация предваряет и сопровождает землетрясение. Аномальные изменения произошли за 10 – 15 суток до землетрясения. Аномалия согласуется с подъёмом уровня воды в п. Талая. Предполагается, что аномалия вещественной части электрического типпера связана с подъёмом уровня воды, которое привело к уменьшению степени геоэлектрической неоднородности среды. Выявленный аномальный эффект в поведении электрического типпера является предвестником сильного Култукского землетрясения.
Благодарю за внимание
top related