Отчет о положении дел

НОВЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СЕЙСМОТЕХНОЛОГИИ
академик С. Н. БАГАЕВ, профессор В.А. ОРЛОВ
Институт лазерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия
Доклад посвящен проблеме обеспечения
экологической безопасности человека и природы
За последние 50 лет накоплен обширный материал по
признакам подготовки сильных землетрясений.
Однако прогноз этих катастрофических явлений
остается одной из актуальных нерешенных проблем
наук о Земле. Современная наука и техника не
позволяют с высокой достоверностью определять
силу, место и время сейсмического события.
ПРИЧИНЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Установлено, что подготовка землетрясений, в первую
очередь, связана с процессами деформирования
земной коры, а само сейсмическое событие – это
результат внезапного высвобождения упругой энергии,
накопившейся в геофизической среде вследствие
деформации. Изменение хода деформационного
процесса может фиксироваться на десятках или
сотнях километров от очага в зависимости от силы
готовящегося землетрясения.
Двухканальный He-Ne лазерный деформограф.
Для регистрации динамики развития деформационных
процессов в сейсмоактивных зонах необходимы устройства,
позволяющие с высокой чувствительностью и в непрерывном
режиме измерять малые относительные деформационные
смещения горных пород. С этой целью в ИЛФ СО РАН
разработан оригинальный автоматизированный лазерный
деформограф.
Созданная аппаратура и методика деформографических
измерений защищена патентами РФ. Отмечена дипломами и
медалями на международных выставках.
НАЗНАЧЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ДЕФОРМОГРАФА
Разработанный для измерений в условиях штольни
автоматизированный лазерный деформографический
комплекс обладает в присутствии атмосферы высокой
относительной чувствительностью 10-910-11 к малым
перемещениям в широком диапазоне периодов колебаний
100107 с. Этот комплекс является новым эффективным
средством для изучения напряженно-деформированного
состояния земной коры, сопровождающего
землетрясения.
Измерительный комплекс позволяет регистрировать:
-собственные и приливные колебания Земли;
- детерминированные суточные вариации
микродеформационного шума;
-особенности деформационных процессов в земной коре,
сопровождающих сейсмичность.
ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Совместное использование лазерного деформографического
мониторинга и методов инженерной сейсмологии позволяет
эффективно контролировать состояние народно-хозяйственных
объектов, представляющих экологическую опасность
Плотина Саяно-Шушенской ГЭС
Аварийный блок
Чернобыльской АЭС
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЛАЗЕРНОГО
ДЕФОРМОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
В
ходе
непрерывных
многолетних
наблюдений
зарегистрирован
ряд
особенностей
в
поведении
деформационного процесса в земной коре накануне
сильных региональных и далеких землетрясений.
Особенности,
регистрируемые
в
деформационных
сигналах на фоне естественного приливного процесса,
проявляются за несколько часов или суток в виде
различных возмущений: «бухтообразных» деформаций,
микродеформационного
шума,
квазипериодических
пульсаций с периодом колебаний 0.5 – 3 часа.
Одним из примеров, демонстрирующих возможности
лазерного деформационного мониторинга, является
регистрация развития сейсмического очага сильного
(К>15) землетрясения, произошедшего в акватории
о. Байкал 27 августа 2008 года в 01:35:31 GMT на удалении
S~30км от станции наблюдения.
Южная часть акватории озера Байкал с пунктом лазерных наблюдений,
расположение сейсмического очага и тектонических разломов.
Деформограммы зарегистрированные за период с 27.03.2008 по 29.09.2008:
А – В сигналы измерительных плеч, расположенных в направлении,
соответственно, Север-Юг и Восток-Запад; С – прямая разность двух сигналов
За два месяца до землетрясения в измерительном плече, ориентированном в
направлении Восток-Запад, зарегистрирован немонотонный деформационный
дрейф, соответствующий растяжению с абсолютным значением 25 мкм.
Вариации деформационного шума в полосе от 20 до 40 секунд накануне
близкого землетрясения в Байкальской Рифтовой Зоне.
Накануне регионального землетрясения микродеформационный шум
приобретает аномальное поведение. Это выражается в возникновении
дополнительных цугов 19 августа и за трое суток перед землетрясением 24
августа. Физическая природа генерации шума неизвестна, но подобное
поведение накануне региональных землетрясений отмечается неоднократно.
Полусуточные приливные гармоники в ортогонально
расположенных плечах А и B и, соответственно, C и D - амплитуды
их огибающих. Е - график деформационного отклика
Обнаружено изменение упругих свойств горных пород накануне
землетрясения, заключающееся в резком возрастании на 20-30 %
деформационного отклика земной коры за трое суток перед сейсмическим
событием.
ЛАЗЕРНЫЙ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НА
АЛМАТИНСКОМ ПРОГНОСТИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ
Исполнители:
Институт лазерной физики СО РАН Россия.
НПК «Прогноз» ГУ «Казселезащита» МЧС РК,
ТОО «Физико-технический институт» РК.
Целью совместных работ является изучение геодинамических
процессов земной коры, сопровождающих сейсмичность и
предполагает:
- создание сети пунктов лазерных наблюдений на Алматинском
прогностическом полигоне;
- регистрацию деформационных предвестников землетрясений;
- разработку методических основ краткосрочного прогноза
землетрясений.
Схема расположения двухканального лазерного
деформографа в штольне на полигоне «Талгар»
● Координаты штольни
(43°18′N, 77°14′E);
● Длина измерительных плеч:
22,75 м;
● Длина компенсационного плеча
(эталона длины) : 0,93 м.
Технические характеристики лазерного
деформографического комплекса
Мощность лазерного излучения
Рабочая длина волны
База измерений
Количество каналов
Относительная чувствительность
Условия измерений
Привязка к абсолютному времени
- 1мВт.
- 0,63 мкм.
- до 200 м.
- 2.
- 10-11
- открытая
атмосфера.
- через GPS приемник
Лазерный источник измерительного комплекса
Лазерный деформограф в штольне «Талгар».
Измерительное плечо лазерного деформографа
Ввод в эксплуатацию лазерного деформографа
Беспроводная система передачи данных
Используя выход в интернет система позволяет обрабатывать данные
деформографических измерений в реальном времени и управлять
работой лазерного измерительного комплекса из любой точки Земли.
Рабочее место специалиста по камеральной обработке
данных деформографических измерений и управлению
лазерным деформографом в ТОО ФТИ.
Рабочее место специалиста по камеральной обработке
данных деформографических измерений и управлению
лазерным деформографом в ИЛФ СО РАН .
Измерения на «Талгарском» полигоне
Фрагменты деформограмм с приливными колебаниями Земли
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД
В СЕЙСМО-ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ
Обеспечение непрерывных деформографических наблюдений в
режиме реального времени позволит совместными усилиями
специалистов из Казахстана и России восполнить недостаток
информации о признаках подготовки сильных землетрясений.
Поскольку в ближайшие годы на территории Алматинской области
ожидается активизация сейсмичности, целесообразно внедрение
лазерного
деформографического
мониторинга
в
специализированных штольнях других пунктов наблюдения
(«Медео», «Курты», «Тургень»).
Кроме
того,
необходимо
комплексировать
лазерный
деформографический
мониторинг
с
другими
методами
наблюдений, такими, как сейсмологический, гравиметрический,
магнитометрический, сейсмо-акустический и GPS технологии.