close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Автоматизированная система сбора и обработки геофизической информации в реальном масштабе времени для выявления электромагнитных краткосрочных предвестников сильных землетрясений.

код для вставкиСкачать
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ
ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ
ВРЕМЕНИ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
КРАТКОСРОЧНЫХ ПРЕДВЕСТНИКОВ СИЛЬНЫХ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Д.Ю. Сарычев
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор А.Г. Коробейников
Начиная с 1998 г., две группы трехкомпонентных магнитных станций производства СПбФ
ИЗМИРАН (три станции в каждой группе) были установлены юго-западнее и юго-восточнее Токио.
Расстояние между группами станций примерно 150 км, станции в каждой группе расположены на расстоянии 4–7 км друг от друга. Такая конфигурация дает возможность на каждой группе определять вектора градиентов и фазовых скоростей УНЧ геомагнитных возмущений (F <1 Гц) вдоль земной поверхности. Данные со всех магнитных станций через модем передаются в центр сбора и обработки информации. Предлагается создать автоматизированную систему сбора информации, чтобы в реальном масштабе времени определять аномальные градиенты и фазовые скорости УНЧ геомагнитных возмущений
с целью краткосрочного прогноза землетрясений.
Введение
Наблюдения УНЧ электромагнитных волн (F =10–0.001 Гц) в сейсмоактивных
зонах проводятся в течение последних 15–20 лет, после появления высокочувствительных магнитометров. Результаты измерений в различных сейсмически активных районах Земли показали, что как на подготовительной стадии развития очаговых зон средних и сильных (магнитуда M > 5) землетрясений, так и в период афтершоковой активности на больших расстояниях от будущего эпицентра могут наблюдаться аномальные
УНЧ электромагнитные излучения большой интенсивности. Как правило, эти эмиссии
имели шумовой характер, возникали задолго до главного сейсмического толчка и продолжались в течение всей афтершоковой активности. Впервые УНЧ электромагнитные
эмиссии наблюдались перед сильными землетрясениями в Армении (Спитак, 1988) [1,
2] и США (Лома Приетта, 1989) [3, 4]. Увеличение интенсивности УНЧ эмиссий наблюдалось и за несколько месяцев перед разрушительным землетрясением в Гуаме
(1993, M = 8) [5, 6], которое произошло внезапно, без форшоков.
Эксперимент
С 1998 г. в Японии, южнее Токио, ведется регистрация вариаций магнитного поля
и теллурических токов шестью высокочувствительными цифровыми трехкомпонентными магнитными станциями MVC-3DS, разработанными в СПбФ ИЗМИРАН [7]. Три
станции расположены на полуострове Изу, и три – на полуострове Босо. Каждая группа
из трех станций представляет собой магнитный градиентометр. Данные на каждой магнитовариационной станции регистрируются на жесткий диск ПК с дискретностью 50
Гц, а для синхронизации одновременной работы магнитных датчиков используется
система GPS на каждой станции. Данные с дискретностью 1 Гц с каждой станции через
модем ежесуточно передаются в центр сбора информации, расположенный в университете г. Чибо (Япония). На рис. 1 показано расположение магнитных станций (треугольники) и эпицентров землетрясений (звездочки). Цифры возле эпицентров землетрясений означают их магнитуды.
Работы [8–11] посвящены исследованиям градиентов и фазовых скоростей УНЧ
геомагнитных вариаций перед землетрясениями 2000 и 2002 гг. возле полуострова Изу
и на полуострове Босо (юго-западнее и юго-восточнее Токио). В этих работах было показано, что примерно за 3–6 месяцев до сильных землетрясений (М >5) начиналось
аномальное увеличение величин градиентов в вертикальной и полной горизонтальной
141
компоненте магнитного поля и уменьшение величин фазовой скорости в этих же компонентах. Авторами высказывается предположение о том, что аномальное изменение
градиентов и фазовых скоростей связано с двумя процессами в области очага будущего
землетрясения – образуется аномалия повышенной проводимости, и возникают широкополосные литосферные УНЧ электромагнитные излучения. Аномалия повышенной
проводимости может возникнуть как вследствие тектонических движений, так и вследствие подъема магмы к поверхности земной коры. Один из возможных механизмов
возникновения электромагнитных излучений связан с активизацией процесса образования микротрещин в области очага будущего землетрясения [12]. Высокочастотные
электромагнитные излучения сильно затухают в земной коре, и на поверхности мы наблюдаем в основном ультранизкочастотные излучения (F <1 Гц).
Boso
5.8
F
Ki
S M
U
Izu
K
6.3
6.4
6.1
50 km
Рис.1. Расположение магнитных станций (черные треугольники) и эпицентров сильных
землетрясений (звездочки) в Японии в 2000 (Изу) и 2002 (Босо) гг.
Особенности автоматизированной системы сбора и обработки геофизической
информации в реальном масштабе времени
Градиенты и фазовые скорости геомагнитных вариаций можно находить двумя
способами – чисто экспериментальным путем и в рамках модели плоской электромагнитной волны. В первом случае необходимо определять фазовые задержки и разности
величин амплитуд вариаций между двумя любыми парами станций магнитного градиентометра, состоящего из трех разнесенных станций. Поскольку координаты магнитных станций и расстояние между ними известно, то можно определить градиенты и фазовые скорости для двух пар станций, выбранных из трех станций магнитного градиентометра, и затем построить вектор фазовой скорости и градиента пульсаций в соответствии с формулами, приведенными в [8] и [11]. Поскольку фазовые скорости геомагнитных волн вдоль земной поверхности для УНЧ геомагнитных вариаций составляют
десятки км/c, а фазовые задержки, соответственно, – доли секунды, то необходимо использовать данные с дискретностью 50 Гц. В рамках модели плоской электромагнитной
волны величина фазовой скорости между двумя точками на земной поверхности определяется через амплитуды соответствующих компонент вариаций магнитного поля с
учетом фазовой задержки [10, 11] следующим образом:
V12 =
142
2πd12
B1(t ) .
T ln
B2 (t +τ )
(1)
В выражении (1) для геомагнитных вариаций с периодом Т величины В1 и В2 определяются в момент времени t на первой станции и в момент времени t+τ на второй
станции (τ – фазовая задержка при прохождении геомагнитной волны расстояния d12
между двумя станциями). Используя три магнитные станции, расположенные треугольником на земной поверхности, можно определить по (1) фазовые скорости V12
(между станциями 1 и 2) и V13 (между станциями 1 и 3) и затем найти направление и
величину вектора фазовой скорости геомагнитных волн вдоль земной поверхности.
При применении этого метода нет необходимости в высокой дискретности регистрируемых данных, поскольку в качестве величин В1 и В2 могут быть использованы среднеквадратичные значения амплитуд УНЧ геомагнитных пульсаций.
Имеющаяся в Японии система сбора геофизической информации может быть использована для обработки данных в реальном масштабе времени, используя данные с
дискретностью 1 Гц, передаваемые в центр сбора информации ежесуточно.
Группа станций №1
Станция 1.1
3-х
компонентные
магнитные
датчики
Станция 1.2
3-х
компонентные
магнитные
датчики
Станция 1.3
3-х
компонентные
магнитные
датчики
Предварительная обработка
информации (PC)
Центр сбора и
обработки
информации
(ЦСИО)
Выдача тревоги
по заданному
пороговому
значению
Предварительная обработка
информации (PC)
Станция 2.1
3-х
компонентные
магнитные
датчики
Станция 2.2
3-х
компонентные
магнитные
датчики
Станция 2.3
3-х
компонентные
магнитные
датчики
Группа станций №2
Рис. 2. Блок-схема автоматизированной системы сбора и обработки геофизической
информации в реальном масштабе времени
На рис. 2 показана блок-схема предлагаемой автоматизированной системы сбора
и обработки геофизической информации в реальном масштабе времени. Группы станций 1 и 2 состоят каждая из трех трехкомпонентных магнитовариационных станций,
расположенных на земной поверхности в вершинах треугольника на расстоянии ~5 км
друг от друга. Расстояние между двумя группами составляет ~100 км. При такой конфигурации установленных датчиков будет контролироваться район 200×200 км. Данные с каждой магнитной станции обрабатываются процессором и отправляются в центр
сбора и обработки информации (дискретность данных – 1Гц) через модем каждые три
143
часа. Данные с дискретностью 50 Гц накапливаются на жестких накопителях и изымаются по мере необходимости.
В центре сбора и обработки информации геофизические данные немедленно обрабатываются, и каждые три часа на экран компьютера выдается следующая информация:
• среднеквадратические значения геомагнитных вариаций в полосе частот 0.001–1 Гц,
разбитой на 10 поддиапазонов;
• величины векторов градиентов и фазовых скоростей геомагнитных вариаций в той
же полосе частот;
• направления векторов градиентов и фазовых скоростей геомагнитных вариаций в
той же полосе частот.
В случае появления устойчивых новых направлений векторов градиентов и фазовых скоростей, а также аномального изменения величин градиентов и фазовых скоростей производится расчет местоположения будущего эпицентра землетрясения и выдается сигнал тревоги.
Литература
1. Kopytenko Yu.A. Discovering of ultra-low-frequency emissions connected with Spitak
earthquake and his aftershock activity on data of geomagnetic pulsations observations at
Dusheti and Vardzija. / Moscow, IZMIRAN. Preprint № 3 (888), 1990.
2. Kopytenko Yu.A. Detection of Ultra-Low Frequency emissions connected with the Spitak
Earthquake and its aftershock activity based on geomagnetic pulsations data at Dusheti
and Vardzia observatories. // Phys. Earth and Planet. Inter. 1993. V. 77.
3. Bernardi A. ULF magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma
Prieta earthquake. // Phys. Earth Planet. Interiors. 1991. V. 68.
4. Molchanov O.A. Results of ULF magnetic field measurements near the epicenters of the
Spitak (MS=6.9) and the Loma-Prieta (MS=7.1) earthuakes: Comparative analysis. //
Geophys. Res. Lett. 1992. № 19.
5. Hayakawa M. Results of Ultra-low- frequency magnetic field measurements during the
Guam earthquake of 8 August 1993// Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23.
6. Kawate R. Ultra-low-frequency magnetic fields during the Guam earthquake of 8 August
1993 and their interpretation. // Phys. Earth Planet. Interiors. 1998. V. 105.
7. Goto T.-N. Calibration and running test of torsion magnetometer made in Russia. // Rep.
of Japan Marin Sci. and Tech. Center (JAMSTEC). 2002. 45 (March, 2002).
8. Kopytenko Yu.A. Investigation of the ULF electromagnetic phenomena related to earthquakes:
contemporary achievements and the perspectives. // Annali di Geofisika. 2001. V. 44. № 2.
9. Kopytenko Yu.A. Monitoring of the ULF electromagnetic disturbances at the station network before EQ in seismic zones of Izu and Chiba peninsulas. / In: «Seismo Electromagnetics: Litosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling». Eds. M. Hayakawa and O.A.
Molchanov. Tokyo: TERRAPUB, 2002.
10. Ismaguilov V.S. ULF Magnetic Emissions Connected with Under Sea Bottom Earthquakes. // Natural Hazards and Earth Sys. Sci. 2001. V. 1.
11. Ismaguilov V.S. Variations of phase velocity and gradient values of ULF geomagnetic
disturbances connected with the Izu strong earthquakes. // Natural Hazards and Earth Sys.
Sci. 2002. V. 20.
12. Molchanov O.A. Generation of ULF electromagnetic emissions by microfracturing. //
Geoph. Res. Lett. 1995. V. 22.
144
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа