ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 3, с. 60-70
УДК 550.31
GPS МОНИТОРИНГ СОВРЕМЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ НА КАМЧАТКЕ И КОМАНДОРСКИХ ОСТРОВАХ 1997-2007 гг.
© 2009 г. В. Е. Левин
Камчатский филиал Геофизической службы РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 15.11.2008
Проводится обзор работ по геодезическому мониторингу горизонтальной составляющей современных движений земной коры (СДЗК) Камчатки и Командорских островов за 1979-2007 гг. Приводятся примеры регистрации СДЗК Камчатки и Командорских островов за период 1997-2007 гг. Камчатской региональной GPS сетью (KAMNET), созданной сотрудниками Камчатского филиала Геофизической службы РАН при участии Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН для изучения геодинамических процессов, происходящих в Камчатской зоне субдукции. Дается интерпретация примеров регистрации СДЗК.
ВВЕДЕНИЕ
В 1970-е годы прошлого века на Камчатском полуострове начались работы по исследованию современных движений земной коры (СДЗК). В программе исследований [12] предлагалось исследовать как горизонтальную, так и вертикальную компоненты движений. Исследования вертикальной составляющей СДЗК предполагалось проводить, применяя нивелиры и наклономеры, а для изучения горизонтальной компоненты - светодальномеры, рефрактометры и скважинные деформометры. С этой целью создавались научно-исследовательские локальные полигоны, приуроченные к районам активных вулканов, таких, как Карымский, Толбачик, Ключевской, Авачинский, Ксудач, а также к эпицентраль-ным зонам возможных мест сильных землетрясений (Авачинский, Кроноцкий, Камчатский заливы) согласно долгосрочному прогнозу С.А. Федотова [11]. По примеру японских коллег [17, 19], для изучения горизонтальной компоненты СДЗК, в основном, использовались светодальномеры и теодолиты, что позволяло создавать трилатерационные сети, а для регистрации вертикальной компоненты применялся метод нивелирования. Опыт работы по исследованию горизонтальной компоненты смещений при изучении Большого трещинного Толбачинского извержения [13] показал возможность организации мониторинга при помощи светодальномеров для изучения разномасштабных деформационных процессов.
Величины деформаций, связанных с сейсмическими событиями, изменяются во времени, соответствуя основным фазам сейсмического цикла, и могут достигать величин от нескольких единиц 10-6 до первых единиц 10-7. Для подтверждения связи деформаций с сейсмичностью необходимо было организовать как можно более детальный мониторинг, особенно в районах предполагаемых землетрясений. С этой целью в районе Авачинского залива из
обсерватории Мишенная был организован круглогодичный светодальномерный мониторинг горизонтальной компоненты деформаций [2]. За период наблюдений с 1979 по 1999 гг. удалось зарегистрировать деформационные бухты, связанные с сильными землетрясениями [3], а также деформационный тренд, который, согласно современным представлениям, связан с коллизией литосферных плит в районе южной части Камчатского полуострова [16]. К концу XX в. точностные возможности однолу-чевых светодальномеров для мониторинга СДЗК, ограниченные величинами порядка 1 х 10-6, были исчерпаны, а светодальномеры-рефрактометры [1] с точностью 1 х 10-7 в России не вышли из стадии макетных разработок. Стал наблюдаться некоторый кризис в развитии исследований СДЗК. Но в это же время стали стремительно развиваться системы спутникового позиционирования GPS, а затем и ГЛОНАСС, и для проведения дальнейших исследований на Камчатке и Командорских островах был совершен переход на использование этих систем.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ СДЗК НА КАМЧАТКЕ
И КОМАНДОРСКИХ ОСТРОВАХ. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ СДЗК НА КАМЧАТКЕ И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ
При изучении СДЗК на Камчатке перед исследователями ставились, в основном, следующие задачи:
- детальное исследование СДЗК на активных вулканах;
- изучение СДЗК, связанных с сейсмическими событиями;
- измерение СДЗК, как проявление перемещения литосферных плит.
Работы по первым двум направлениям проводились с начала 1970-х годов при помощи геодезиче-
ских инструментов, в том числе и светодальноме-ров. Реальная возможность проведения работ по третьему направлению появилась в начале 1990-х годов, когда стало возможным использовать в научных целях системы спутникового позиционирования GPS, а теперь и ГЛОНАСС. GPS системы позволяют также продолжать работы по первым двум направлениям, но уже на другом качественном уровне. Появилась возможность проводить исследования СДЗК в локальном, региональном и глобальном масштабах.
До 1997 г. северная часть Евразии была покрыта станциями GPS крайне неравномерно [10, 14], что порождало значительные ошибки при моделировании СДЗК на территории Сибири и Дальнего Востока России. Необходимо было исправить данное положение и подключиться к работам мирового ученого сообщества, установив постоянные GPS станции на Дальнем Востоке с шагом 2-3 тыс. км и включить их в Международную Службу Глобальных Навигационных спутниковых систем (IGS). Для решения региональных задач необходимо было создать более плотную региональную сеть GPS станций на Камчатке и Командорских островах с шагом 200-300 км. С 1997 г. в рамках Геофизической Службы РАН была создана опорная сеть станций GPS по всей территории северной Евразии (сеть NEDA) [10], охватывающая континент от Восточно-Бвропейской платформы через Уральский хребет и всю Сибирь - до Чукотки, Камчатки и Сахалина. Одним из обязательных условий включения GPS станции сети NEDA в IGS является наличие высокоскоростного канала INTERNET, поэтому станции сети, как правило, размещены на сейсмостанциях ГС РАН.
Основные задачи, которые приходится решать при создании региональной сети KAMNET - это организация сети постоянных GPS-станций, освоение и внедрение в рутинную работу программных средств обработки GPS данных, а также получение оценок направлений и скоростей горизонтальных движений пунктов. На основе полученных данных проводятся исследования связи СДЗК с геодинамическими и сейсмическими процессами в Камчатской зоне субдукции. При организации сети KAMNET для установки GPS антенн был использован опыт создания устойчивых пилонов для призменных отражателей, полученный при проведении светодальномер-ных наблюдений. В связи с малой населенностью территории Камчатки и отсутствием развитой инфраструктуры, а именно: надежных систем связи и средств коммуникации, пункты GPS наблюдений размещались, преимущественно, на территории существующих сейсмических станций и обсерваторий региональной сети КФ ГС РАН. Тем самым достигалась также цель организации комплексных наблюдений в одной точке. В 1997 г. силами Камчатской опытно-методической партии ГС РАН совместно с Институтом вулканологии ДВО РАН на Камчатке и Командорских островах была создана Камчатская
региональная GPS сеть KAMNET (рис. 1). Являясь региональной сетью, KAMNET продолжает процесс вхождения в состав IGS, что позволяет решать задачи не только локальных, региональных, но и глобальных наблюдений за СДЗК. В сеть IGS на сегодняшний день включены станции PETP и PETS.
В сеть KAMNET входят постоянные и временные GPS станции (рис 1). Постоянные станции установлены с шагом примерно в 200 км и совмещены с сей-смостанциями КФ ГС РАН (PAUN, PETS, KLU, ES1, KBG, BRNG, OSS1, KMS) или метеостанциями ГМС (TIG, VODO). В предполагаемых эпицентральных зонах сильных землетрясений и в районах активных вулканов (рис.1, врезки) станции установлены с шагом 10-30 км, для чего используются как постоянные, так и временные GPS-станции. По существу GPS сеть, созданная для изучения современных движений земной коры представляет собой, по определению М.Т. Прилепина, "многобазовый деформо-граф", чувствительность которого может варьировать в пределах от 5 х 10-7 до 5 х 10-9 в зависимости от выбираемой длины базы. Постоянные станции сети KAMNET служат опорными при обработке данных, получаемых с локальных GPS сетей, в частности, с вулканов Карымский [2] и Безымянный.
Для высокоточной регистрации СДЗК пункты GPS оснащены двухчастотными приемниками геодезического класса TOPCON GP-R1DY, ASHTECH Z-XII3, Sokkia Radian, Turborouqe (ROGUE SNR-8000), JAVAD Lexon-GGD, Trimble NETRS и антеннами ASHTECH CHOKERING (ASH701933B_M, ASH700936A_M), ASHTECH GEODETIC III (TOP700779A), JAVAD CHOKERING (TPSCR3_GGD), ZEPHIR GEODETIC
(TRM41249.00). Антенны установлены на специально подготовленных пунктах или на крышах бетонных сооружений. С возрастанием точности наблюдений возникают повышенные требования к создаваемым пунктам для установки аппаратуры, в частности GPS-ГЛОНАСС антенн. Необходимым условием успешной работы GPS станции, входящей в сеть осуществляющей мониторинг СДЗК, является жесткая и однозначная фиксация приемной антенны для исключения ее собственных колебаний, связанных с воздействием внешних факторов. Геодезический пункт для GPS наблюдений представляет собой железобетонное сооружение, заглубленное и заякоренное в грунте, имеющее высоту над дневной поверхностью Земли, исключающую заметание антенны снегом и перекрытие горизонта растительностью. Пункт имеет геодезический центр и систему ориентации антенны, позволяющую однозначно устанавливать ее в рабочем положении. Иногда для установки GPS антенн используются геодезические центры, заложенные на крышах монолитных зданий. Этот вариант установки существенно упрощает структуру GPS-ГЛОНАСС станции, а также облегчает организацию передачи данных, ввиду наличия инфраструктуры, но сущест-
62°-
61°-
60°-
59°-
58°-
57°-
56°-
55°-
54°-
53°-
52°-
51°-
50°
• 1
A 2
★ 3
UKAM ,
у т
UKA2 - у KBG
5 км | 1
• OZER
MIRN A PETP
-Radz
PETS -
MA1
*KMSH J i 20 км i
156°
158°
160°
162°
164°
166°
168°
170°
172°
Рис. 1. GPS сеть KAMNET по состоянию на 2007 год. 1,2 - пункты GPS сети: постоянные и временные, соостветствен-но; 3 - эпицентры землетрясений. Пунктиром показаны оси Курило-Камчатского и Алеутского глубоководных желобов. На врезках - локальные GPS полигоны.
венно повышается риск потери пункта в результате сильного землетрясения в том случае, е
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.