Ю.Ф. Мороз, Г.И. Татьков , Т.А. Мороз, Т. Моги, Ц.А. Тубанов, П.А
реклама
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 100 1 Тырган 2 3 100 1000 1000 4 Патроны 100 1000 . оз Б а й к а 100 Энхалук л Степной дворец Сухой ручей 100 1000 Хурамша 20 км • ReW 0.1 Надеено 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. 19800 Напряженность, нТл 19600 H 19400 19200 19000 18800 года 18600 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Склонение, минуты D -120 -140 -160 -180 -200 года 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Напряженность, нТл Z 57400 57200 57000 56800 года 1960 1970 1980 1990 2000 2010 М=6,3 27.08.2008 2020 Сопоставление графиков вековых вариаций напряжённости вертикального геомагнитного поля в обсерваториях Паратунка (1) и Патроны (2). 47200 Напряжённость, нТл (Патроны) 57400 46400 57300 57200 57100 46000 57000 56900 1986 1976 56800 0 10 20 1996 2006 30 40 45600 М=6.3 1 2 50 Напряженность, нТл (Паратунка) 46800 График среднегодовых значений напряжённости полного вектора геомагнитного поля в обс. Патроны F, нТл 60320 60310 60300 60290 2003 2009 2007 2005 годы 2011 60280 0 • 2 4 6 8 10 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 F,нТл Патроны 60320 60310 60300 60290 60280 0 2 4 6 8 10 8 10 8 10 F,нТл Сухой ручей 60400 60390 60380 60370 60360 0 2 4 F,нТл 6 Хурамша 60510 60500 60490 60480 0 2 4 F,нТл 6 Надеено 60080 60070 60060 60050 2003 2005 2007 2009 2011 годы 60040 0 2 4 6 8 10 Графики разностей годовых значений напряжённости геомагнитного поля между пунктами наблюдений и обсерваторией Патроны. Сухй ручей-Патроны Fs-Fp,нТл 80 75 годы 70 2003 2005 2007 2009 2011 Хурамша-Патроны Fh-Fp,нТл 200 195 190 годы 185 2003 2005 Fn-Fp,нТл 2007 2009 2011 Надеено-Патроны -232 -236 -240 -244 -248 годы -252 2003 2005 2007 2009 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. обс.Патроны п.Тырган ReW,ImW 0.4 ReW,ImW 0.2 ReW 0.16 0.3 ImW 0.12 ReW 0.2 0.08 ImW 0.1 0.04 T, c 0 100 1000 Аз, град. 100 10000 100000 100 0 100 50 -100 10000 100000 ReW -50 -200 T, c 1000 100000 ImW 0 ImW 100 10000 150 -50 -150 1000 Аз, град. 200 ReW 50 T, c 0 10000 -100 100000 T, c 100 1000 п.Надеено п.Энхалук ReW,ImW ReW,ImW 0.6 0.3 0.5 0.2 0.4 ReW 0.3 ReW 0.1 0.2 0 ImW 0.1 0 100 Аз, град. 150 1000 10000 T, c 100000 ImW -0.1 T, c 100 300 1000 10000 100000 Аз, град. ImW 100 200 ImW 50 100 ReW 0 ReW 0 -50 T, c -100 100 1000 10000 100000 T, c -100 100 1000 10000 100000 Схема расположения пунктов наблюдений и векторов ReW 100 1 Тырган 2 3 100 1000 1000 4 Патроны 100 1000 . оз Б а й к а 100 Энхалук л Степной дворец Сухой ручей 100 1000 Хурамша 20 км • ReW 0.1 Надеено 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. 2 ReW 1 0 2001 2003 2005 2009 2007 2011 года -1 0 200 400 600 М=6.3 800 сутки х 5 Схема расположения пунктов наблюдений электромагнитного поля, уровня подземных вод и эпицентра Култукского землетрясения 102° 108° Узур Тырган 52° Солнопечное Патроны Иркутск Тальцы Быстрая Талая о ер оз Л КА Й БА Шигаево Бабушкин Котокель .Б оз Улан-Удэ Выдрино 35 км 0 35 70 105 км 108° 102° 1 2 3 4 ай к ал 52° Система наблюдений электрического поля японскими (а) и российскими регистраторами С а б 4 4 1 8 1 8 5 5 0 0 7 9 2 7 6 2 3 9 6 10 3 100 м 5 1 Временные ряды напряжённости электрического поля Бабушкин мВ/км 158 156 154 0 Котокель а мВ/км а 352 348 200 400 600 800 1000 б 362 360 358 0 200 400 600 800 1000 б 84 80 76 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 в 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 в 32 -264 24 16 -268 0 200 400 600 800 1000 г г 128 -118 120 -122 0 200 400 600 800 1000 0 200 954 400 д д -892.4 952 сек х 10 950 0 200 400 600 800 -892.8 1000 сек х 10 0 200 400 M=6.3 L=312 км 27.08.2008 (01:35:31) M=6.3 L=127км 27.08.2008 (01:35:31) Шигаево мВ/км -24 -28 -32 0 200 400 Солнопечное мВ/км -16 -24 -32 -40 а 600 800 1000 0 а 200 400 -640 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 б б 240 230 -644 0 200 400 в 600 800 1000 0 200 400 в 1656 172 1652 170 1648 0 200 400 г 600 800 1000 704 0 200 400 г 1040 702 1036 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 д д 2208 2200 2192 сек х 10 0 200 400 600 800 1000 M=6.3 L=176 км 27.08.2008 (01:35:31) -4860 -4880 -4900 сек х 10 0 200 400 600 800 1000 M=6.3 L=108 км 27.08.2008 (01:35:31) Временные ряды напряжённости электрического поля 168 164 160 Тальцы мВ/км Тырган мВ/км а а -480 -560 0 200 512 508 504 400 б 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 б 1080 1000 920 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 в в -72 160 -80 80 -88 0 200 400 600 800 1000 г -1112 0 200 400 г 320 -1120 240 -1128 160 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 д 320 д 160 -3444 -3448 -3452 сек х 10 0 сек х 10 0 200 400 600 800 0 200 400 M=6.3 L=201 км 27.08.2008 (01:35:31) 1000 M=6.3 L=60 км 27.08.2008 (01:35:31) Узур мВ/км 0 200 0 -2 -4 400 0 200 400 а 148 146 144 142 600 800 1000 б 200 198 196 Выдрино мВ/км а 560 558 556 0 200 400 600 800 1000 в 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 600 800 1000 б 4 0 -4 0 200 400 в 531 528 0 200 -554 -556 -558 400 600 800 1000 0 200 400 0 200 400 1140 г г 1134 0 200 -1134 -1136 -1138 400 д 600 800 1000 д 11640 11600 сек х 10 0 200 400 600 800 1000 M=6.3 L=312 км 27.08.2008 (01:35:31) 11560 сек х 10 0 200 400 M=6.3 L=43 км 27.08.2008 (01:35:31) Графики напряжённости составляющих геомагнитного поля Н и D в обс.Патроны и п. Тырган. Кривые МТЗ вокруг южной части озера Байкал Быстрая 10000 Солнопечное Тальцы к,Ом.м Тырган 10000 10000 100000 1000 1000 1000 10000 100 100 100 1000 10 10 10 100 1 1 1 10 Узур 1000 0.1 0.1 0.01 0.1 1 10 100 1000 c1 /2 1 10 100 1000 10 1 0.1 1 0.01 0.1 1 0.01 0.01 0.1 10 100 1000 Бабушкин Выдрино 1000 100 0.1 0.01 0.1 1 10 100 1000 Шигаево 10000 1000 10000 100 1000 100 1000 10 100 10 100 1 10 1 10 0.1 1 0.1 1 0.01 0.1 0.01 0.1 1 10 100 1000 0.01 0.1 1 10 100 1000 0.01 0.1 1 10 100 1000 c1 /2 0.01 0.1 1 10 100 1000 Котокель к,Ом.м 0.01 0.1 к,Ом.м к,Ом.м 0.01 0.1 1 10 100 1000 ,c1 /2 1 2 3 ,c1 /2 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
