ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 2, с. 155-168
УДК 55:504.75:550.348
РЕАКЦИЯ МИКРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ФОНА НА ВНЕШНИЕ ПРИРОДНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В РАЙОНАХ С РАЗНОЙ ТЕКТОНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
© 2014 г. О.Г. Попова*, А.Д. Жигалин*, М.Г. Попов**, Ф.О. Аракелян***,
В.В. Недядько***
* Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., 13 ,стр.2, Москва, 101000 Россия. E-mail: oksana-p@list.ru ** Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
геологический факультет, Ленинские горы, МГУ, Москва, 119991 Россия. E-mail: mgpopov@list.ru *** ООО "Атомсейсмоизыскания", Ул. Скаковая 32, к. 2, Москва, 125040 Россия. E-mail: asi_47@mail.ru
Поступила в редакцию 5.03.2013 г.
Рассмотрено влияние внешних природных факторов, таких как солнечные и лунные затмения, а также Луны в фазах новолуния и полнолуния на амплитудно-частотные характеристики микросейсмического фона, зарегистрированного в сейсмоопасных и асейсмичных районах при долговременном сейсмическом мониторинге. Показано, что степень влияния этих факторов в регионах разной тектонической активности существенно различается. В сейсмически активных регионах это воздействие значительно сильнее. В сейсмоопасных районах отмечено также гораздо более значительное влияние катастрофических далеких землетрясений на напряженное состояние среды. Сделан вывод о необходимости непрерывного слежения за напряженным состоянием геологической среды при строительстве и эксплуатации жизненно важных объектов, таких как АЭС, ГЭС и др., особенно в сейсмоопасных регионах.
Ключевые слова: сейсмический мониторинг, внешние природные факторы, амплитудно-частотные характеристики микросейсмического фона.
ВВЕДЕНИЕ
Изменение напряженного состояния геологической среды во времени в значительной степени связано с тектоническими процессами в земной коре. Но, кроме того, геологическая среда подвержена и всевозможным внешним воздействиям-природным и антропогенным. Изучение внешних воздействий на напряженное состояние среды крайне важно, поскольку они могут стать триггером в процессе подготовки тектонических или техногенных катастроф.
К внешним природным воздействиям на геологическую среду можно отнести ежесуточные приливные воздействия Солнца и Луны, лунные и солнечные затмения, влияние Луны в различных ее фазах, солнечную активность (магнитные бури), изменение скорости вращения Земли, воздействие катастрофических далеких землетрясений.
Наиболее сильное воздействие внешних природных факторов связано с гравитационным приливным воздействием Луны и Солнца, а также с солнечной активностью [1, 2]. Эммануил Кант -великий физик и последователь Исаака Ньютона, обратил внимание на связь землетрясений с приливными силами. Согласно его гипотезе, энергия, передаваемая твердой оболочке Земли приливными воздействиями Луны и Солнца, должна накапливаться в породах до некоторых пороговых значений и затем сбрасываться (разряжаться) в виде землетрясений различной силы. Во время солнечного затмения наблюдается максимальное по силе воздействие приливных сил на земную кору за счет сложения действия Солнца и Луны.
На основании теоретических и экспериментальных исследований, а также модельных экспериментов показана связь сейсмичности с
приливными воздействиями [1, 4]. Приливные воздействия вызывают движение вещества в теле планеты, при этом возникающие в мантии дополнительные напряжения, будучи даже на несколько порядков меньше основных, генерируемых в недрах самой планеты, могут служить в качестве спускового механизма в зоне будущего события, находящейся в критическом состоянии.
Достоверно известно и статистически подтверждено, что солнечные и лунные затмения, а также магнитные бури оказывают негативное воздействие на человеческий организм (увеличивается количество сердечных приступов, гипертонических кризов, инсультов и др.), поэтому можно предположить влияние этих факторов и на геологическую среду.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
В Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН изучение влияния природных факторов на напряженное состояние среды ведется с 2007 г. На материалах долговременного сейсмического мониторинга, проводимого на Кавминводском прогностическом полигоне, а также в районах проектируемых Томской и Нижегородской АЭС, проанализировано влияние солнечных и лунных затмений, а также влияние Луны в ее разных фазах: полнолуния и новолуния - на амплитудно-частотные характеристики микросейсмического фона. Кроме того, рассмотрено влияние катастрофических далеких землетрясений. Следует отметить, что исследуемые регионы различны по своему тектоническому режиму. Кавказские минеральные Воды - сейсмоопасный регион, и он относится к зоне, где возможны 7-8-бальные землетрясения (по шкале МБК). Район Томского полигона, где выполнялся сейсмический мониторинг под площадку проектируемой АЭС (площадка Северская), относится к регионам с низким геодинамическим фоном и слабой или умеренной сейсмичностью. Это периферийная часть Алтае-Саянской сейсмоопасной области. Нижегородский полигон, где проводился и продолжается в настоящее время сейсмический мониторинг для выбора площадки под АЭС, расположен в платформенной асейсмичной зоне.
Для оценки влияния внешних факторов использовались амплитудно-частотные характеристики микросейсмического фона. Микросейсмический фон постоянно присутствует на записях сейсмического мониторинга и доступен для изучения в средах с разной геодинамической активностью.
Характеристики микросейсмического фона зависят от напряженного состояния среды [7, 8], поэтому большинство работ по исследованию влияния природных факторов на напряженное состояние среды посвящено именно изучению микросейсмического фона [3].
Для анализа влияния солнечных и лунных затмений, Луны в разных ее фазах, использованы записи микросейсмического фона, зарегистрированные в марте 2006 г. на Кавминводском полигоне; в июле-сентябре 2008 г., июне-августе 2009 г. и в ноябре 2009 г. - январе 2010 г. в районе Томского полигона; а также с конца 2010 г. по конец 2011 г. на Нижегородском полигоне.
Использованы данные полевых наблюдений в частотном диапазоне 0.1-16.0 Гц. Регистрация микросейсмического фона во всех указанных регионах производилась трех компонентными цифровыми станциями "Дельта-Геон" регулярно ночью в течение 30 мин. Поскольку регистрация фона проводилась ночью, можно считать, что это сводило к минимуму влияние техногенных помех. Станции регистрировали скорости смещения микросейсмического фона. Для проведения анализа выбирались сейсмограммы с записями вертикальной составляющей (2) и горизонтальных составляющих (Х) и (7) микросейсмического фона за 30-минутный интервал времени. Рассчитывались средние значения модулей амплитуд вертикальной Лг и горизонтальной Лг компонент за 30-минутный интервал наблюдения, а также амплитуды полного вектора Аш:
Лг = УЛ 2 + Л У, а Лк = УЛ 2 + Л 2 + Л 2 .
Значения амплитуд оценивались в милливольтах. Затем строились зависимости вычисленных значений амплитуд микросейсмического фона от времени наблюдения Лг((), Лг(() и Л№((). По этим зависимостям проводился анализ влияния перечисленных выше внешних факторов на амплитуды микросейсмического фона.
Помимо изменения уровня амплитуд микросейсмического фона в результате воздействия внешних факторов анализировалось изменение направления вектора смещения фона. Рассчитывался угол ф (в градусах) между направлением горизонтальной составляющей вектора смещения микросейсмического фона Й и направлением оси 7, либо угол а между направлением полного вектора скорости смещения Ж микросейсмического фона и осью 2. Анализировались зависимости от времени ф(?) или а(?).
Для изучения влияния внешних факторов на спектральный состав фона рассчитывались спектры тех же записей микросейсмического фона, для которых анализировались амплитуды.
ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНЫХ И ЛУННЫХ ЗАТМЕНИЙ, А ТАКЖЕ ЛУНЫ
В ФАЗЕ ПОЛНОЛУНИЯ И НОВОЛУНИЯ
1. Сейсмоактивные территории
Полное и частное солнечное затмение происходит, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем и загораживает (затмевает) его. В это время происходит повышенное воздействие приливных сил на земную кору литосферы. Рассматривалось влияние полного солнечного затмения 1.08.2008 г. и частного солнечного затмения 15.01.2010 г. в районе Томского полигона, а также полного солнечного затмения 29.03.2006 г. на Кавминводском полигоне.
Полное солнечное затмение 1.08.2008 г. вызвало усиление уровня фона, который возрос почти в 3 раза в момент полного закрытия солнечного диска, поскольку в это время наблюдалось, вероятно, максимальное по силе (за счет сложения действия Солнца и Луны) воздействие приливных сил на земную кору [6]. Аналогичные результаты были получены и для частного солнечного затмения 15.01.2010 г., которое было видно в пределах гораздо более широкой полосы, охватившей восточную Европу, большую часть Африки, Азии и Индонезии. В районе Новосибирска и Томска максимальная фаза землетрясения наблюдалась с 8 ч 20 м до 8 ч 40 м (по Гринвичу) или с 14 ч 20 м по 14 ч 40 м (местного времени). Как следует из рис. 1а, резкие изменения амплитуд отмечаются во время максимальной фазы затмения, амплитуда полного вектора возрастает в 7 раз. Таким образом, результаты влияния частного солнечного затмения 15.01.2010 г. на амплитуды микросейсмического фона подтверждают результаты о влиянии полного солнечного затмения по материалам записей микросейсмического фона в августе 2008 г. [6]. В обоих случаях наблюдается резкое увеличение амплитуд фона в течение времени, пока длится затмение.
Солнечные затмения, которые наблюдали в районе Томского полигона, как показал анализ зависимостей а(?), вызвали в течение короткого времени максимального закрытия солнечного диска (несколько часов) очень резкие изменения направления вектора смещения микросейсмического фона (рис. 16), угол а отклонился на 40°. Полученный результат позволяет объяснить
эффекты воздействия солнечных затмений на здоровье человека. Если предположить, что на организм человека влияют микросейсмические колебания земной поверхности
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.