научная статья по теме АНАЛИЗ РЕАКЦИИ МАГНИТОМЕТРА НА ПРОХОЖДЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ РЕАКЦИИ МАГНИТОМЕТРА НА ПРОХОЖДЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2010, № 2, с. 68-78

УДК 550.344.385

АНАЛИЗ РЕАКЦИИ МАГНИТОМЕТРА НА ПРОХОЖДЕНИЕ

СЕЙСМИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ

© 2010 г. С. С. Старжинский, В. М. Никифоров

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, г. Владивосток

Поступила в редакцию 14.07.2008 г.

В статье рассмотрены результаты синхронной регистрации на обсерватории УЬА магнитных вариаций и сейсмических колебаний, вызванных землетрясением с магнитудой М = 6.7 на расстояние 806 км от обсерватории. Проанализированы различные механизмы генерации сейсмографической помехи для используемого торсионного магнитометра и оценены их вклады в регистрируемые магнитные вариации, а также исследованы корреляции между сейсмическими и магнитными компонентами. Обнаружена тесная связь между ускорениями горных пород в сейсмической волне и магнитными вариациями и оценен ее передаточный коэффициент. Предполагается, что наличие подобных связей у других типов магнитометров может затруднить регистрацию сейсмомагнитных сигналов, что потребует знания характеристик сейсмографической помехи для разных типов магнитометров.

ВВЕДЕНИЕ

Длительное время в Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН проводится мониторинг вариаций геомагнитного и теллурического полей в частотном диапазоне 10-5—1.0 Гц с целью выполнения магнитотеллурических и магнитова-риационных зондирований и обнаружения реакций в электромагнитном поле на сейсмические события в земной коре и верхней мантии. Начало этим исследованиям было положено в рамках проекта по использованию выведенного из эксплуатации подводного телекоммуникационного кабеля JASC (Japan Sea Cable), проложенного по дну Японского моря между Находкой и Наоэцу. В то время была предпринята попытка обнаружить в записях вариаций теллурического поля с кабеля JASC реакцию на землетрясения, происходящие в регионе Японского моря. Для этого использовались непрерывные данные на временном интервале с 1997 по 2002 гг. сверхпроводящего гравиметра, установленного на обсерватории Есаши (Esashi, 39.1511° N, 141.3318° E). Доступ к данным открыт на сайте http://ohpdmc.eri.u-tokyo.ac.jp. Низкие значения взаимных корреляционных функций между синхронными вариациями напряжений на кабеле и вариациями гравитационного поля на временных интервалах, включающих сильные землетрясения, не позволили предполагать наличие эффектов в электрическом поле, регистрируемом на кабеле в момент возбуждения сейсмических колебаний.

С августа 2005 г., когда Сахалинским филиалом Геофизической службы РАН на Уссурийской Астрофизической обсерватории (VLA, 43.78° N, 132.03° E) был установлен длиннопериодный сейсмометр STS-2, работающий в непрерывном режиме, появи-

лась возможность исследовать реакцию магнитометра, ранее установленного нами на этом пункте, на прохождение сейсмических волн, возбуждаемых сильными землетрясениями в прилежащем регионе. Известно, что магнитометры реагируют на сейсмические колебания. При этом различают как эффекты, обусловленные вибрациями постаментов с магнитометрами в постоянном магнитном поле Земли (сейсмографическая помеха) [Eleman, 1965], так и относительными колебаниями отдельных частей магнитометров (микрофонный эффект). На этом фоне проявляется и сейсмомагнитный эффект, обусловленный возбуждением сейсмической волной синхронных вариаций магнитного поля в толще горных пород [Гульельми, 2006; Гульельми и др., 2006; Гульельми, 2007; Gaffet et al., 2003]. Сей-смомагнитный эффект в настоящее время привлекает внимание исследователей в связи с инерционным механизмом его возбуждения, что открывает возможность его использования для исследований заполненных флюидом пористых и проницаемых сред. Наблюдение сейсмомагнитных эффектов требует выполнения длительных регистрации вариаций магнитного поля в диапазоне УНЧ вследствие редко происходящих достаточно интенсивных сейсмических событий, сопровождающихся магнитными эффектами. По этой причине они часто фиксируются с недостаточным для детального цифрового анализа временным и частотным разрешением. Ситуация еще более усложняется необходимостью выделения сейсмомагнитных эффектов на фоне интенсивных геомагнитных вариаций магнитосферного происхождения в этом же диапазоне частот за исключением самого высокочастотного участка УНЧ диапазо-

на, на котором интенсивность магнитных вариаций внешнего источника ослаблена.

Учитывая эти обстоятельства, мы проанализировали записи магнитометров во время сейсмических подвижек, для выявления магнитных эффектов, вызываемых ими. Необходимость выполнения такого анализа также диктуется тем обстоятельством, что описываемые в литературе наблюденные магнитные эффекты землетрясений изобилуют противоречиями и неопределенностями [Eleman, 1965]. Сложность и комплексность самого сейсмо-магнитного эффекта, следующие из теоретических оценок [Гульельми, 2007], а также еще его недостаточное экспериментальное изучение, вынуждают к тщательному учету всех условий его регистрации. В нашем случае этому благоприятствует размещение длиннопериодного сейсмометра вблизи магнитного павильона на обсерватории VLA, способствующее идентификации сейсмических эффектов, фиксируемых магнитометрами.

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Непрерывная регистрация геомагнитных вариаций в Тихоокеанском океанологическом институте проводится в двух пунктах: на морской экспериментальной базе на о. Попова вблизи г. Владивостока (POI) и на Уссурийской Астрофизической обсерватории (VLA) недалеко от г. Уссурийска. В первом пункте функционирует японский трехком-понентный феррозондовый магнитометр YU-8T с кольцевыми сердечниками и чувствительностью около 0.1 нТл. Привязка по времени осуществляется по GPS приемнику, с дискретностью взятия отсчетов через 1.0 с и записью данных на флэш карту. Данный магнитометр был установлен в рамках проекта 210-й магнитный меридиан в 1995 г. [Yumoto etal., 1992]. Позже, с июня 2001 г. были налажены магнитовариационные наблюдения на обсерватории VLA, где в магнитном павильоне на постаменте высотой 1 м был установлен магнитометр от магни-товариационной станции ЦАИС. Аналоговые выходы магнитометра были заведены на 24-х разрядный 4-х канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) Е-24. Выход АЦП заведен на СОМ-порт ноутбука, на флэш карте которого накапливаются данные с дискретностью 1.0 с и с синхронизацией по часам GPS приемника. Чувствительность регистрации составляет 0.01 нТл. Частотные характеристики обеих магнитометров плоские в диапазоне УНЧ, что избавляет от процедуры их учета при цифровой обработке данных. Для идентификации сейсмических эффектов на других пунктах были использованы магнитные вариации, полученные с обсерватории "Хабаровск" (KHA, 47.6116° N, 134.6953° E), находящейся в с. Забайкальском Хабаровского края. На обсерватории KHA функционирует магнитовариационная станция Боброва.

В процессе периодического просмотра данных консорциума IRIS, представленных на сайте http://www.iris.edu/seismon и синхронных с ними

геомагнитных вариаций была обнаружена реакция магнитометров в пункте VLA на землетрясение, произошедшее 25 марта 2007 года в 00:41:57 UT вблизи западного побережья о. Хонсю. Сильное землетрясение с магнитудой M = 6.7 произошло с эпицентром в точке с координатами 37.281° N, 136.602° E и гипоцентром на глубине 5.0 км на расстоянии 806 км от обсерватории VLA и 1160 км от обсерватории KHA. Расположение пунктов наблюдений и эпицентра землетрясения изображены на рис. 1. После визуального просмотра на экране дисплея графиков геомагнитных вариаций реакции в магнитном поле были отмечены в пунктах VLA и KHA. На момент сейсмического события на фоне слабой возмущенности геомагнитного поля максимальные амплитуды реакции наблюдались у Hy компонент, которые и представлены на рис. 2. Для анализа отмеченных событий были запрошены и получены двухчасовые цифровые данные с длиннопериодного сейсмометра STS-2 (http:// www.kinemetrics.com/PDFs/sts2-1.pdf), установленного Сахалинским филиалом Геофизической службы РАН на обсерватории VLA в приблизительно 500 м от магнитного павильона, где установлен магнитометр. Так как синхронные записи сейсмических и магнитных колебаний были выполнены только на одном пункте VLA, подробный анализ проводился именно для этого пункта.

АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ

В связи с тем, что все используемые магнитные данные получены с частотой взятия отсчетов 1.0 Гц, а сейсмические данные с частотой 100 Гц, последние прореживались после низкочастотной фильтрации с частотой отсечки 0.5 Гц к частоте взятия отсчетов 1.0 Гц. Для удаления низкочастотных трендов в записях магнитных вариаций вне частотного диапазона сейсмического сигнала они подвергались высокочастотной фильтрации с частотой отсечки 0.03 Гц. Для последующего анализа были взяты двухчасовые отфильтрованные реализации трех компонент магнитных и сейсмических данных на временном интервале с 00:00:00 по 02:00:00 UT за 25 марта 2007 года.

Все магнитные данные получены в геомагнитной системе координат (GM), т.е. с ориентацией оси х правой системы координат xyz магнитометров по направлению горизонтальной компоненты постоянного геомагнитного поля и с осью z направленной вниз. Сейсмические же данные представляющие собой скорости смещения среды получены в правой системе координат сейсмометра STS-2, в которой ось х направлена на восток, ось y- на север, а ось z - вверх. В целях последующего анализа сейсмические данные были пребразованы к GM координатам путем переименования осей, изменения их полярностей и поворота вокруг вертикальной оси. Для разделения наиболее интенсивных поверхностных волн Релея и Лява и исследования реакции

Рис. 1. Расположение пунктов наблюдений (кружки) и эпицентра землетрясения 25 марта 2007 г. (звездочка). Крестиками на пунктах УЬА и КНА обозначена система координат, связанная с направлением распространения сейсмической волны. Глубины моря в м.

магнитных каналов на прохождение этих волн сейсмические и магнитные данные были преобразованы к системе координат связанной с направлением распространения сейсмической волны (^Р) [ Сава-ренский, Кирнос, 1949]. В этой системе координат ось х направлена по каса

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.

Показать целиком