ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 5, с. 42-54
УДК 550.3
ТРАНСКОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ ПРИЛИВНЫЙ ПРОФИЛЬ: АТЛАНТИЧЕСКОЕ ПОБЕРЕЖЬЕ ЕВРОПЫ-ЮГ СИБИРИ-ТИХООКЕАНСКОЕ ПОБЕРЕЖЬЕ РОССИИ
© 2008 г. В. Ю. Тимофеев1, Б. Дшкарм2, М. Ван Раумбеке3, П. Ю. Горнов4, М. Эвераерт3, Е. И. Грибанова5, В. А. Паровышний6, В. М. Семибаламут5,
Г. Вопельман7, Д. Г. Ардшков1
1Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, г. Новосибирск, Россия 2Международный приливный центр, КОБ, г. Брюссель, Бельгия 3Королевская Обсерватория Бельгии (КОБ), г. Брюссель, Бельгия 4Институт тектоники и геофизики ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия 5Сибирский Филиал Геофизической Службы СО РАН, г. Новосибирск, Россия 6Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, г. Южно-Сахалинск, Россия 7Университет Ля Рошель, г. Ля Рошель, Франция Поступила в редакцию 26.04.2007 г.
В работе представлены результаты измерений на трансконтинентальном приливном профиле "Атлантическое побережье Европы-юг Сибири-Тихоокеанское побережье России", выполненные с помощью цифровых приливных гравиметров ЛаКоста-Ромберга в период с 1995 г. по 2005 годы. Профиль включает четыре станции Западной Европы (Чизе, Минипли, Модлес и Уикль), две станции юга Сибири (Ключи и Талая) и две станции на Дальнем Востоке России (Забайкальское и Южно-Сахалинск). Гравиметрические измерения на станции Талая (юго-западная часть Байкальской рифтовой зоны) дополнены многолетними наблюдениями на лазерных деформографах. Положение станций в полосе широт (45-55 градусов северной широты) и долгот (от 0.4 градуса до 142 градуса восточной долготы) позволили провести оценку существующих моделей приливной деформации Земли (WD93 и DDW99) и различных моделей океанического прилива (SCW80, CSR3, FES95, ORI96, CSR4, FES02, G0T00, NAO99 и TPX06).
Внутриконтинентальные станции (малый эффект океана на расстоянии 2000-3000 км) показали хорошее соответствие приливной модели Земли DDW99 (с учетом вязкости мантии). Ошибка приливных гравиметрических цифровых измерений составила 0.25%. Результаты измерений для лазерного деформографа оказались на том же уровне точности. Это позволило, используя комплексные данные, получить значения чисел Лява и Шида для внутриконтинентальной зоны Евразии на средних широтах: h = 0.6077 ± 0.0008, k = 0.3014 ± 0.000, l = 0.0839 ± 0.0001. Анализ результатов для станций вблизи океанов (30-300 км) позволил выбрать модели океанического влияния. По данным атлантических и тихоокеанских станций выбраны приливные модели FES02, CSR4, G0T00, NA099 и TPX06 океана.
Ключевые слова: приливные гравиметрические измерения, приливная модель Земли, океанические приливные модели, приливные деформографические наблюдения, числа Лява и Шида.
PACS: 91.10.Tq
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что приливное воздействие на Землю может быть очень точно рассчитано по астрономическим данным [Melchior, 1983]. Эффект приливной реакции Земли определяется современными моделями на уровне точности экспериментальных определений эффекта в различных районах земного шара [Melchior, 1992]. Территория северной части Азии до недавнего времени оставалась слабо изученной современными сред-
ствами измерений [Saritcheva et al., 1998; Моло-денский, 1984; 2001; Тимофеев и др., 2002; Тимофеев, 2004]. В то же время точно определенные модели приливного воздействия необходимы для развития фундаментальных исследований в области физики Земли, а также для обеспечения приливными поправками измерений: силы тяжести, космической геодезии и высокоточных геофизических измерений [Авсюк, 1996; 1997; Копаев, 2000; Kalish et al., 2000; Weber et al., 2001].
Рис. 1. Положение станций трансконтинентального приливного профиля.
Приливные гравиметрические исследования являются наиболее эффективным средством для проверки и уточнения моделей приливной деформации Земли и оценки приливных моделей океана [Francis&Melchior, 1996]. Профильные земно-приливные измерения в единой метрологической системе широко апробированы в мировой практике [Crossley et. al., 1999]. В нашем случае были выбраны для исследований цифровые гравиметры ЛаКоста-Ромберга, как наиболее мобильные высокоточные системы измерений. Более точные стационарные криогенные гравиметры наиболее эффективны в спектральных приливных исследованиях в области резонанса жидкого и твердого ядра Земли [Richter, 1995]. Приливный профиль "Атлантическое побережье Европы-юг Сибири-Тихоокеанское побережье России" пересекает континент Евразия с запада на восток (от 0.4° до 142° в.д.) в полосе средних широт (45°-55° с.ш.). Профиль включает несколько станций на побережье (30-70 км) Атлантики и Тихого океана, базовую станцию тестирования инструмента (Уикль, Брюссель) и станции в центре континента (3000 км от океана) (рис. 1). Исследования проводились в период 1995-2005 гг. Приливные измерения на востоке России выполнены впервые. На континентальной станции Талая (юго-запад Байкальской рифтовой зоны) гравиметрические измерения дополнены результатами измерений с помощью лазерного деформографа, установленного в 90-метровой штольне [Орлов, 2003]. Комплексные исследования на внутриконти-нентальных станциях позволяют получить значения приливных чисел Лява и Шида. Задача исследований на трансконтинентальном профиле - провести оценку существующих моделей приливной деформации Земли (WD93 и DDW99) и приливных
моделей мирового океана (SCW80, CSR3, FES95, ORI96, CSR4, FES02, G0T00, NAO99, TPX06).
МЕТОД ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В результате приливного анализа для приливных волн суточного и полусуточного диапазона определяется амплитуда А и фазовый сдвиг а относительно астрономического прилива АТ, т.е. вектор A(A, а). Амплитудный фактор 5 есть отношение А/АТ [Melchior, 1983]. Модельный прилив строится на основе амплитуды приливной реакции земли R (R = АТ ■ 5DDW, 0), например, по модели DDW99 [Dehant et al., 1999], и нагрузочного вектора океана L(L, вычисленного по различным моделям океана. Теоретический вектор Am(Am, am задается выражением:
Am = R + L. (1)
Амплитудный фактор 5m определяется отношением Ат/АТ. Этот фактор используется для вычисления приливных поправок [Zahran et al., 2005] и главной целью работы является его точное определение для территорий Сибири (до океана).
Сравнением векторов A и Am можно оценить адекватность приливных модели Земли и океана. Для этого необходимо тщательно провести калибровку и определение инструментального запаздывания инструмента для выделения фазового сдвига а. Более эффективное средство - это вычисление остаточного вектора
X: X = (A - R) - L = B - L. (2)
Что показывает реальное соответствие наблюдений и моделей.
Location: Instrument: Measurement 1 (?)
0
13-03-97 23-03-97 02-04-97 12-04-97 Рис. 2. Станция Талая, 1.5 месячная кривая 10/03/1997-20/04/1997.
Вектор R зависит от выбора модели реакции Земли на приливную силу. Из современных моделей выделим модель с упругой Землей [Wahr, 1981] и модель с учетом эффектов неупругости мантии DDW99, модель MAT01 [Mathews, 2001] дает значения амплитудного фактора очень близкое ко второй модели DDW99.
Нагрузочный вектор L(L, А), является предметом исследований многих авторов [Farrell, 1972; Перцев, 1976]. Так еще в 1980 г., появилась модель SCW80 [Schwiderski, 1980], полученная методом гидродинамической интерполяции данных приливных станций на побережье океанов и островов мира. Эта модель долгое время использовалась как базисная для вычисления поправок в геодезии и геофизике. Начиная с 1994, появляется серия приливных моделей океана на основе аль-тиметрических спутниковых данных [Eanes et al., 1994]. В первой генерации моделей были CSR3 [Eanes et al., 1995], FES95 [Le Provost et al., 1994] и ORI96 [Matsumoto et al., 1995]. Из недавних моделей можно отметить CSR4, NAO99, G0T00, FES02 и TPX06 [Shum et al., 1997; Ray, 1999; Matsumoto et al., 2000; Baker&Bos, 2001; 2003].
Наблюдения на станциях профиля выполнялись гравиметрами LCR402, LCR1006 и LCR906. Гравиметры снабжены системой обратной связи [van Ruymbeke et al., 1995; 1998] на выходе которой регистрируется частотно-модулированный сигнал. Частота с дискретизацией одна минута записывается на микропроцессор системы MICRODAS [van Ruymbeke et al., 1999]. Данные накапливаются в энергозависимую память накопителя, также регистрируется атмосферное давление и температура в помещении с помощью системы EDAS. Подготовка, предварительный анализ данных и анализ данных калибровки аппаратуры проводится с помощью программы TSOFT [Van Camp and Vauterin, 2005]. Почасовые данные обрабатывались по классической приливной программе
ETERNA3.4 [Wenzel, 1996] или по программе VAV04 [Venedikov et al., 2003]. Примеры записи на отдельной станции приведены на рис. 2 и рис. 3 (LCR402 гравиметр, гравиметрический подвал сей-смостанции Талая, вертикальная шкала на рисунках: 10000 - 1000 нм с-2).
Текущая калибровка записи гравиметров LCR402 и LCR906 выполнялась обычной процедурой из 10-ти сдвигов [van Ruymbeke, 1998; 2001]. На гравиметре LCR 1006 помимо обычной использовалась автоматическая калибровка с помощью моторчика, установленного на микрометре и по специальной программе калибровок. В табл. 1 показан лист калибровок по отдельной станции. Далее использована процедура регрессии (метод Накаи -NAKAI) для определения изменений чувствительности на блоках в 48 часов.
Таблица 1. Калибровки гравиметра LCR402 на станции Забайкальское K = 1.06188 нм с-2/.01деление
Эпоха Юлианская дата Реакция инструмента d Гц/.01деления Калибровочный фактор C = K/d нм с-2/Гц
30/04/01 52030.00 2.711 0.3917
30/05/01 52060.00 2.648 0.4009
29/06/01 52090.00 2.655 0.4000
09/10/01 52192.00 2.707 0.3923
18/11/01 52232.00 2.715 0.3911
13/02/02 52319.00 2.621 0.4052
09/06/02 52435.00 2.718 0.3907
05/07/02 52461.00 2.751 0.3860
10/10/02 52558.00 2.715 0.3910
15/11/02 52594.00 2.630 0.4038
26/03/03 52665.50 2.739 0.3876
02/10/03 52914.50 2.740 0.3875
100000 80000 60000 40000 20000
Location: Instrument: Measurement 1 (?)
01-07-96
01-01-97
Рис. 3. Станция Талая. 1.5 года записи с апреля 1996 по октябрь 1997. Сезонный дрейф связан с изменениями температуры в гравиметрическом
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.