ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 3, с. 46-51
УДК 550.346
ЭФФЕКТ "СЕЙСМИЧЕСКОГО ЗАТИШЬЯ" В БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЕ
© 2008 г. И. Б. Нагуслаева1, Ю. Б. Башкуев1, Ю. П. Малышков2, Д. Г. Буянова1
1Отдел физических проблем Бурятского научного центра СО РАН, Улан-Удэ, 670047 2Институт оптического мониторинга климатических и экологических систем, СО РАН, Томск, 634055
Поступила в редакцию 25.03.2005 г.
Приведены результаты многолетних наблюдений за параметрами естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) ОНЧ-диапазона в Байкальской рифтовой зоне. Рассмотрен эффект "сейсмического затишья", проанализированы возможные причины изменения суточных вариаций магнитной компоненты накануне землетрясений. Показаны суточные вариации магнитной компоненты ЕИЭМПЗ, их корреляция с местной грозовой деятельностью в сейсмоспокойный период.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема возбуждения и распространения сей-смогенных электромагнитных эмиссий актуальна в связи с разработкой электромагнитных методов прогноза землетрясений [11]. В работе [1] проанализированы результаты поиска краткосрочных предвестников землетрясений в аномальных вариациях фазы ОНЧ радиоволн (/ = 11.9 кГц) на трассе Новосибирск - Комсомольск-на-Амуре, пересекающей сейсмоактивный район Восточного Прибайкалья (Байкальскую рифтовую зону). Авторами [1] сделан вывод о том, что для наблюдения краткосрочных электромагнитных предвестников землетрясений в антропогенных (техногенных) полях диапазон ОНЧ, по-видимому, не годится. Ю.П. Вербин и др. считают, что электромагнитные предвестники землетрясений несомненно существуют, но все их проявления скорее всего никак не связаны с ионосферой. Они инициируются электрическими зарядами, накапливающимися в тропосфере перед сейсмическим толчком. Повышенный радиационный фон в приземном слое из-за эманаций радона изменяет прежде всего высотное распределение показателя преломления воздуха в пределах тропосферы. При этом в показателе преломления появляется небольшая составляющая проводимости (диэлектрическая проницаемость становится комплексной). Для наблюдения этого явления авторы работы [1] предлагают использовать радиотехнические системы, позволяющие выделять земную волну на фоне мультипликативной помехи - волны, отраженной от ионосферы. В статье рассматривается тот же район, что и в работе [1], т.е. Байкальская рифтовая зона. В ней дан анализ результатов длительной регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в ОНЧ-диапазоне.
МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ
Для непрерывных наблюдений за параметрами естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) ОНЧ-диапазона в Байкальской рифтовой зоне использована многоканальная автоматизированная станция "Катюша-5", принцип работы которой основан на технике счета импульсов, превышающих заданный порог. Структурная схема станции "Катюша-5" представлена на рис. 1. Станция позволяет проводить синхронные измерения магнитной (по направлениям приема "север-юг" (С-Ю) и "запад-восток" (З-В)) и электрической компонент ЕИЭМПЗ, микросейсмических шумов, атмосферного электрического поля и электротеллурических токов. Магнитная компонента ЕИЭМПЗ измеряется на частоте ~17 кГц при чувствительности станции по входу не ниже 100 мкВ. Регистрирующая аппаратура была установлена в окрестностях г. Улан-Удэ на станциях "Верхняя Березовка" и "На-деино".
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Круглосуточная регистрация ЕИЭМПЗ позволила изучить суточные вариации компонент ЕИЭМПЗ. В качестве примера на рис. 2 показана запись суточных вариаций импульсного потока магнитной компоненты по направлениям приема З-В и С-Ю за 17-24 июля 2001 г. Основные особенности изменения импульсного потока в зависимости от местного времени повторяются, т.е. наблюдается устойчивый суточный ход с минимумом в 7-10 и максимумом в 15-18 ч местного времени. Кроме четкого послеполуденного максимума наблюдаются локальные максимумы в ночные и предутренние часы (23-2 ч).
Для установления корреляции между электромагнитным и сейсмическим процессами проведена
Магнитный Усилители Фильтр датчик (3-В) JuwiiiAcjm Частот
Фильтры
Магнитный датчик (С-Ю)
Датчик микросейсм.
Датчик атмосф. эл.поля
ЭПА
Рез.
канал
Датчик
электротепл.
тока
Электрич. датчик
Е
У5
H1 У1 Ф1
H2 У2 Ф2
Компаратор К1
Амплитудный детектор АД1
Компаратор К2
Амплитудный детектор АД2
МСШ У3 Ф3
Компаратор КЗ -
Интегратор И
ЭТТ У4
Компаратор К4
Двоичные счетчики
С2
АЦП
Буферные регистры
С1 БР1
БР2
С3 БРЗ
Б3У
С4 БР4
Рис. 1. Структурная схема станции "Катюша-5".Н1-Н2, E - датчики магнитной и электрической компонент ЕИЭМПЗ; МСШ - датчик микросейсмических шумов; ЭПА - датчик атмосферного электрического поля; ЭТТ - датчик электротеллурического тока; У1-У5 - усилители сигналов; Ф1-Ф3 - фильтры частот, К1-К4 - компараторы, АД -амплитудные детекторы; И - интегратор; С1-С4 - двоичные счетчики; МАС - мультиплексор аналоговых сигналов; АЦП - аналого-цифровой преобразователь, Бр1-Бр4 - буферные регистры; БЗУ - буферное запоминающее устройство.
N, имп/с
30 г 20 10 0
17.VII
17-24 июля 2001 г.
19.VII
21.VII 3-В _ C-Ю
23.VII
LT
Рис. 2. Суточные вариации магнитной компоненты ЕИЭМПЗ по направлениям приема "запад-восток" - 3-В и "север-юг" - С-Ю.
совместная обработка вариаций электромагнитного поля по данным автоматизированной станции "Ка-тюша-5" и сейсмических событий, каталог которых (время, координаты и сила - энергетический класс) получен Геологическим институтом Сибирского Отделения РАН с помощью регистраторов сейсмических сигналов "РСС-Альфа-Геон". В результате проведенной обработки непрерывных записей ЕИЭМПЗ в Байкальской рифтовой зоне подтвержден эффект "сейсмического затишья",
аналогичный полученному в [3]: за несколько суток до землетрясения происходит аномальное снижение интенсивности импульсного потока магнитной компоненты по направлениям приема С-Ю и 3-В одновременно. После землетрясения плотность импульсного потока в суточном ходе магнитной компоненты выходит на обычный "средний" уровень. При этом существенных изменений амплитуды импульсов магнитной компо-ненты практически не наблюдается. По другим каналам приема станции "Ка-
К, имп/с 17-25 июля 2000 г.
30 г
20
17.УП 19.УП 21.УП 23.УП 25.У11 ЬТ
......3-В _ С-Ю
Рис. 3. Изменения интенсивности импульсного потока магнитной компоненты ЕИЭМПЗ по направлениям приема "запад-восток" - З-В и "север-юг" - С-Ю перед землетрясением 25 июля 2000 г. Стрелкой показан момент землетрясения.
тюша-5" отличительных вариаций параметров не установлено. Приведенный на рис. 3 аномальный суточный ход, зарегистрированный на станции наблюдения "Надеино", представляет собой пример данного эффекта. За несколько суток перед землетрясением с М = 4.0, произошедшим 25 июля 2000 г. в 3 ч 15 мин ЬТ на расстоянии -160 км, число импульсов магнитной компоненты по каналам приема З-В и СЮ уменьшилось в 2-4 раза. После землетрясения типичный суточный ход интенсивности магнитной компоненты восстановился. Для сравнения на рис. 2 представлены суточные вариации магнитной компоненты ЕИЭМПЗ ровно через год, в июле 2001 г.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Объяснить возникновение эффекта "сейсмического затишья" можно тремя механизмами [2, 4-7, 9, 10]. В процессе подготовки землетрясения:
1) изменяются условия распространения атмо-сфериков в волноводе "Земля-ионосфера" [6];
2) возникает экранирование излучения лито-сферной природы за счет появления возмущений электропроводности земной коры в зоне подготовки землетрясения [10];
3) существует зависимость спектра электромагнитного излучения при разрушении литосферы от частоты и времени - 5-диаграмма ЭМ-излучения [2].
Одной из причин изменения условий распространения атмосфериков может быть изменение высоты ионосферы над областью подготовки землетрясения, обусловленное действием источников ионизации волновода в этой области. Происхождение источников ионизации можно объяснить механо-электрическими явлениями (электрокинетическими, пьезоэлектрическими и др.) в массиве горных пород. Как известно, в процессе подготовки землетрясений происходит подъем подземных вод, и увеличивается в 2-4 раза содержание радона, который является одним из основных источников ионизации приземной атмосферы [6, 7, 9]. Увеличение проводимости приземной атмосферы, по утверждению
авторов [4, 6, 7], вызывает рост вертикального тока проводимости, что ведет к изменению электронной концентрации, а, следовательно, и высоты отражающего слоя ионосферы, в результате изменяется суперпозиция прямых и отраженных волн в области подготовки землетрясения. Таким образом, не исключается возможность, что эффект "сейсмического затишья" - уменьшение интенсивности потока импульсов в период подготовки землетрясения вызван интерференционным ослаблением ЕИЭМПЗ. Однако, учитывая случайный характер импульсного потока, снижение амплитуды импульсов (или их подавление) ниже порогового уровня станции "Ка-тюша-5" вряд ли возможно.
Следует заметить, что в работе [10] сообщается о том, что эффект подавления УНЧ-шума за несколько дней до сильных сейсмических толчков обнаружен на станции Карымшино в центре полуострова Камчатка. Авторы объясняют наблюдаемый эффект, названный эффектом "минус четырех дней", экранированием излучения за счет появления возмущений электропроводности земной коры в зоне подготовки землетрясения. Эти возмущения электропроводности в сторону ее сильного увеличения в конечном счете обусловлены возрастанием газового и теплового потока из сейсмического очага. При этом основные источники естественных УНЧ-шумов располагаются в ионосфере.
Существует еще одно объяснение эффекта "сейсмического затишья" на основе 5-диаграммы ЭМ-излучения при разрушении горных пород. В работе [2] экспериментально показано, что на различных стадиях процесса разрушения горных пород в спектрах литосферного ЭМ-излучения (ЭМИ) присутствуют как низкочастотные, так и высокочастотные компоненты. Для начальной стадии разрушения характерны повышенные частоты спектров, связанные с возникновением микр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.