научная статья по теме ВЛИЯНИЕ БАРИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ АТМОСФЕРЫ НА МИКРОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЗЕМНОЙ КОРЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ БАРИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ АТМОСФЕРЫ НА МИКРОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЗЕМНОЙ КОРЕ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 6, с. 77-85

УДК 550.3; 550.4

ВЛИЯНИЕ БАРИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ АТМОСФЕРЫ НА МИКРОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЗЕМНОЙ КОРЕ

© 2008 г. В. В. Адушкин, Д. Н. Локтев, А. А. Спивак

Институт динамики геосфер РАН, г. Москва Поступила в редакцию 18.06.2007 г.

Анализируется влияние барических вариаций разного происхождения на характеристики сейсмического шума (диапазон частот 0.03-20 Гц). Показано, что длиннопериодные изменения атмосферного давления, вызываемые циклонами, (период барических вариаций T составляет величину от 0.5 до нескольких сут) приводят к увеличению амплитуды микросейсмического фона в 2-4 раза в частотном диапазоне 0.03-1 Гц (коэффициент линейной корреляции временных вариаций амплитуды микросейсмических колебаний и атмосферного давления составляет K = 0.65 при значимости r = 0.95). Короткопериодные барические вариации (T ~ 5-30 мин), связанные с прохождением холодных фронтов, вызывают увеличение амплитуды микросейсмического фона на порядок в частотном диапазоне 4-8 Гц (K = 0.67 при r = 0.95). В последнем случае возмущение сейсмического фона регистрируется в течение 20-60 мин после прохождения атмосферного фронта и характеризуется экспоненциальным спадом амплитуды колебаний. В отличие от циклонов атмосферный фронт вызывает увеличение количества импульсных микросейсмических событий резонансного типа.

Ключевые слова: земная кора, атмосфера, микросейсмический фон, релаксационные процессы PACS: 91.30.Bi, 91.55.Ax

ВВЕДЕНИЕ

Сложное тектоническое строение и повышенная свобода деформирования земной коры в результате ее блочно-иерархического строения обусловливают резонансную реакцию микросейсмического фона на внешние воздействия. Как установлено ранее [Киш-кина, 2003] даже небольшие по величине деформации, вызванные лунно-солнечными приливами, приводят к заметным амплитудным вариациям микросейсмических колебаний. При этом отклик микросейсмического поля наблюдается в определенных частотных интервалах, которые можно рассматривать в качестве характерных для каждого участка земной коры. Диапазон частот, в котором приливное возмущение вызывает модуляцию фона, определяется свойствами горных пород и степенью нарушенности массива [Спивак, 2004а].

Вариации атмосферного давления оказывают также значительное влияние на характеристики микросейсмических колебаний. Например, барические флуктуации в атмосфере, сопутствующие таким метеорологическим явлениям как циклоны, вызывают сейсмические помехи в длиннопе-риодной части спектра (периоды от 3-5 с до 20 с и выше) в основном за счет штормовых микросей-см [Костина, 1958; Ми11ег, 1983; Веаиёшп, 1996].

Наряду с температурными флуктуациями длиннопериодные барические вариации исследуются, в основном, для целей подавления сейсмических по-

мех и повышения чувствительности сейсмических станций [Старовойт, 1998; Веаиёшп, 1996]. С точки зрения межгеосферных взаимодействий на границе земная кора-атмосфера представляет интерес рассмотрение влияния вариаций атмосферного давления на геодинамический режим земной коры (в частности - микросейсмический фон) в широком диапазоне частот.

В настоящей работе анализируется влияние барических вариаций разного происхождения на сейсмический шум в диапазоне частот 0.03-20 Гц.

Совместный анализ результатов сейсмической регистрации и барических вариаций разной периодичности показал, что вариации атмосферного давления вызывают заметные изменения характеристик микросейсмических колебаний не только в длиннопериодной, но также, что весьма важно, в высокочастотной области. При этом важно отметить, что вариации атмосферного давления вызывают не только изменения характеристик микросейсмического фона, но также - характеристик импульсных микросейсмических сигналов релаксационного типа [Спивак, 2004а].

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДАННЫЕ

Привлекаемые для анализа данные представляют собой цифровые ряды наблюдений за микросейсмическими колебаниями земной коры, вариациями атмосферного давления в период ин-

0.6

0.3

0

-0.3

-0.6

0.2

0.1

к 0

-0.1

-0.2

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

Вертикальная компонента

Север - Юг

Восток - Запад

0

10

15

Рис.

Время, с

1. Пример импульсного микросейсмического события релаксационного типа.

тенсивнои циклонической деятельности, включая синоптические карты с изобарами, а также результаты регистрации микробарических флуктуации, связанных с прохождением атмосферных фронтов. Анализировались данные за период с апреля 2006 г. по апрель 2007 г.

Использовалась сейсмическая и метеорологическая информация с сейсмических станций MHV и сети станций IRIS Global Seismic Network, к базам данных которых имеется доступ через Интернет. Для получения более детальных характеристик метеорологической обстановки привлекались данные метеорологических интернет-сайтов: http:/me-teo.infospace.ru и weatheronline.co.uk.

ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ФОНА

В качестве примера рассмотрим параметры микросейсмических колебаний на сейсмической станции МНУ (54.9595°К; 37.7664°Е) [Спивак, 20046]. Средние фоновые значения амплитуд микросейсмического фона в диапазоне частот 0.03-1 Гц зависят от сезона и изменяются в диапазоне 0.150.22 мкм/с в летний период и 0.29-0.35 мкм/с в осенне-зимний период. При этом наряду с сезонными наблюдаются хорошо выраженные амплитудные вариации фона с периодом около 30 сут.

Составляющая микросейсмического фона в диапазоне частот 0.5-40 Гц характеризуется пе-риодичностями с периодами 1 год, 30 и 5 сут, а также - циклическими изменениями амплитуды вариаций с длительностью цикла около 30 сут. Периодически хорошо проявляются суточные вариации амплитуды фона.

Особенностью микросейсмического фона является наличие слабых импульсных колебаний местного происхождения, которые обычно связывают с релаксационными процессами, протекающими в среде сложного блочно-иерархиче-ского строения [Спивак, 2004а]. Типичная форма таких колебаний представлена на рис. 1. Количество микросейсмических импульсов релаксационного типа зависит от тектонической активности конкретного участка земной коры, наличия нарушений разрывного типа и изменяется со временем в соответствии с амплитудными вариациями длиннопериодной составляющей микросейсмического фона (периодичность с периодами около 1 сут и 1 года) [Адушкин, 2005; Адушкин, 2006].

ВЛИЯНИЕ ЦИКЛОНОВ НА МИКРОСЕЙСМИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Анализ результатов совместной регистрации метеопараметров и микросейсмического шума показывает, что существует два механизма увели-

ВЛИЯНИЕ БАРИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИИ АТМОСФЕРЫ 1020 г

С 1000

и

06.07.2006 10.07.2006 14.07.2006 18.07.2006 0:00 0:00 0:00 0:00

Дата/Время

Рис. 2. Временные вариации атмосферного давления Р и вертикальной компоненты микросейсмического фона А пункте МНУ.

(а)

(б)

Рис. 3. Синоптические карты на 04:00 МБК 12.06.2006 г. (а) и 22:00 МБК 13.06.2006 г. (б); более темные области соответствуют большей штормовой интенсивности (звездочка - пункт МНУ, сплошные линии - изобары).

чения амплитуды микросейсмических колебаний. Первый, хорошо известный механизм связан с распространением циклонов над водной поверхностью океанов [Костина, 1958; Монахов, 1977; Табулевич, 1986]. Формирование в центральной зоне циклона штормовой ситуации и, как следствие, - возникновение и распространение морских волн вызывает сейсмические эффекты на континенте. В этом случае увеличение амплитудных вариаций микросейсмического шума в длин-нопериодной части спектра может не сопровождаться аномальным изменением атмосферного давления в точке регистрации (источник аномальных колебаний удален и находится в районе циклона). За период апрель 2006 г. - апрель 2007 г. было

проанализировано 6 наиболее ярких событий указанного типа.

В качестве примера на рис. 2 приведены временные вариации амплитуды микросейсмического фона А в диапазоне частот 0.03-1 Гц и атмосферного давления Р в пункте МНУ, а на рис. 3 -синоптическая ситуация в районе Атлантики. Видно, что при относительно слабых вариациях атмосферного давления в пункте сейсмической регистрации амплитудные вариации микросейсмического фона в диапазоне частот 0.03-1 Гц значительны. Анализ показывает, что начало роста амплитудных вариаций длиннопериодной составляющей микросейсмического фона приходится на формирование штормовой обстановки в Атлантике (рис. 3 а). Максимум амплитудных микросей-

А, мкм/с 102

29.05.206 0:00

08.06.2006 0:00

18.06.2006 0:00

28.06.2006 0:00

Р, гПа

- 1000

980

- 960

- 940

920

900

Дата/Время

Рис. 4. Вариации атмосферного давления (1) и амплитуды вертикальной компоненты микросейсмического фона (2-6) в период интенсивных циклонических явлений в районе сейсмической станции МНУ; диапазоны частот микросейсмических колебаний, Гц: 2 - 0.1-1; 3 - 1-2; 4 - 2-4; 5 - 4-6; 6 - 6-8.

омических вариаций практически совпадает с максимумом штормовой интенсивности (рис. 36). При этом следует отметить, что начало падения атмосферного давления в пункте МНУ соответствует приходу фронта циклона, который к этому времени начал ослабевать.

Таким образом, зародившийся в Атлантике циклон, усиливаясь и перемещаясь в Норвежское море, вызвал аномальные амплитудные вариации микросейсмического фона в диапазоне частот 0.03-1 Гц в пункте МНУ, расположенном на значительном удалении от источника микро-сейсм.

Выполненный в настоящей работе анализ экспериментальных данных свидетельствует о наличии второго механизма увеличения амплитудных вариаций микросейсмического фона. Этот механизм связан с воздействием аномальных вариаций атмосферного давления циклонического происхождения на земную поверхность непосредственно в месте выполнения сейсмической регистрации. В этом случае аномальное увеличение амплитудных вариаций микросейсмического фона не сопровождается увеличенной штормовой активностью на акваториях и наблюдается прямая корреляция между вариациями атмосферного давления и огибающей аномальных амплитудных

вариаций микросейсмического фона. За рассматриваемый период времени было проанализировано 12 событий такого типа.

В качестве примера на рис. 4 представлены совместно временные вариации амплитуды микросейсмически

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