CC BY
56
МОНИТОРИНГ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПУНКТАХ БАЙКАЛЬСКОГО ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛИГОНА ПО ДАННЫМ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ И GPS-НАБЛЮДЕНИЙ
Геннадий Петрович Арнаутов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, ведущий научный сотрудник, к.т.н., тел. (383)330-79-31, e-mail: arnautov@iae.nsk. su
Евгений Николаевич Калиш
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, старший научный сотрудник, к.ф. -м.н., тел. (383)333-25-96, e-mail: kalish@iae.nsk.su
Андрей Викторович Лухнев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, старший научный сотрудник, к.г.-м.н., тел. (3952)42-95-34, e-mail: loukchnev@,cru st .irk.ru
Андрей Иванович Мирошниченко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, старший научный сотрудник, к.г.-м.н., тел. (3952)42-79-03, e-mail: mai@crust.irk.ru
Дмитрий Алексеевич Носов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, инженер-прграммист, тел. (383)333-25-96, e-mail: danossov@ngs.ru
Владимир Анатольевич Саньков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, заведующий лабораторией, к.г.-м.н., тел. (3952)42-79-03, e-mail: sankov@crust.irk.ru
Игорь Сергеевич Сизиков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, инженер-конструктор, тел. (383)333-25-96, e-mail: sizikov.i.s@gmail.com
Михаил Георгиевич Смирнов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, ведущий инженер-конструктор, тел. (383)333-25-96, e-mail: smirnov.m.g@ iae.nsk.su
Юрий Фёдорович Стусь
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, старший научный сотрудник, к.т.н., тел. (383)333-25-96, e-mail: stus@iae.nsk.su
Приведены результаты измерений неприливных вариаций ускорения силы тяжести A g, проведенных в 1992-2012 гг. на сейсмостанции «Талая» в Слюдянском районе Иркутской области и в г. Иркутске, а также данные GPS-наблюдений вертикальных движений земной поверхности Ah в районе этих пунктов. Выявлена связь во времени между резкими изменениями тренда Ah, вычисленных по результатам гравиметрических измерений, и изменениями Ah, полученными по результатам GPS-наблюдений. Показано, что эта связь наиболее сильно проявляется после Култукского землетрясения (27.08.2008, Mw = 6,3).
Ключевые слова: абсолютный лазерный баллистический гравиметр, мониторинг вариации ускорений силы тяжести, рифтовая зона, GPS-наблюдения, вертикальные движения земной поверхности.
MONITORING OF VERTICAL MOVEMENTS OF EARTH’S SURFACE ON POINT BAIKAL GEODYNAMIC POLYGON BY GRAVITY AND GPS-MEASUREMENTS
Gennadii P. Arnautov
Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), Akademika Koptyuga Prsp., 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, senior scientific worker, Ph. Dr.,теl. (383) 330-79-31, e-mail: arnautov@iae.nsk.su
Eugenii N. Kalish
Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), Akademika Koptyuga Prsp., 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, senior scientific worker, Dr., те! (383) 333-25-96, e-mail: kalish@iae.nsk.su
Andrey V. Lukhnev
Institute of the Earth’s Crust of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IEC SB RAS), st. Lermontova, 128, Irkutsk, 664033, Russian Federation, senior scientific worker, Ph. Dr., те1 (3952) 42-95-34, e-mail: loukchnev@crust.irk.ru
Andrey I. Miroshnichenko
Institute of the Earth’s Crust of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IEC SB RAS), st. Lermontova, 128, Irkutsk, 664033, Russian Federation, senior scientific worker, Ph. Dr., те1 (3952) 42-79-03, e-mail: mai@crust.irk.ru
Dmitrii A. Nosov
Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), Akademika Koptyuga Prsp., 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, senior engineer, те1 (383) 333-25-96, e-mail: danossov@ngs.ru
Vladimir A. Sankov
Institute of the Earth’s Crust of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IEC SB RAS),st. Lermontova, 128, Irkutsk, 664033, Russian Federation, head of laboratory, Ph. Dr.,теl. (3952) 4279-03, e-mail: sankov@crust.irk.ru
Igor S. Sizikov
Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), Akademika Koptyuga Prsp., 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, senior engineer, те1 (383) 333-25-96, e-mail: sizikov.i. s@gmail. com
Mikhail G. Smirnov
Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), Akademika Koptyuga Prsp., 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, senior engineer, тел. (383) 333-25-96, e-mail: smirnov. m. g@iae.nsk. su
Yurii F. Stus
Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), Akademika Koptyuga Prsp., 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation, senior scientific worker, Ph.D., тел. (383) 333-25-96, e-mail: stus@iae.nsk.su
The results of measurements of non-tidal gravity variations Ag, developed in 1992-2012 years on seismic station"Talaya" in Slyudyanka district of Irkutsk region and on city Irkutsk, as well the data GPS-observations of vertical movements of the earth surface Ah in the same points are presented. The connection in time between of sharp changes in trend Ah, calculated from the results of gravimetric measurements, and changes in Ah, obtained by results GPS-observations are find out. It is shown that this relationship is most pronounced after earthquake in point Kultuk (27.08.2008, Mw = 6.3).
Key words: absolute laser ballistic gravimeter, monitoring variations of acceleration due to gravity, the rift zone, GPS-observations, the vertical movement of the earth surface.
С помощью разработанных и созданных авторами статьи лазерных баллистических гравиметров [1,2] (по точности и надежности измерений находящихся на высшем мировом уровне [3]) проводится прецизионный мониторинг гравитационного поля Земли в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ): на сейсмостанции «Талая» в Слюдянском районе Иркутской области. Одновременно с этими гравиметрическими измерениями проводятся аналогичные контрольные измерения в платформенной области: на гравиметрических пунктах Новосибирской области и в г. Иркутске. Погрешность измерения вариаций силы тяжести на этих пунктах составляет около 1^2 мкГ ал (1 мкГ ал = 110-8 м/с2).
Результаты гравиметрического мониторинга на сейсмостанции «Талая» и в г. Иркутске показаны на рис. 1. В эти результаты внесены поправки (согласно рекомендациям Международной гравиметрической комиссии), учитывающие приливные воздействия Луны и Солнца, а также влияние смещения полюса Земли и притяжения изменяющихся атмосферных масс [4]. Вертикальными штриховыми линиями на рис. 1 обозначены моменты близлежащих к пункту наблюдений землетрясений.
На основании результатов гравиметрических наблюдений в Новосибирской области и в г. Иркутске можно заключить, что наблюдаемые на пункте «Талая» вариации Ag являются региональными и связаны с сейсмическими процессами в БРЗ. При этом основными причинами изменений A g могут быть две: изменения плотности земной коры в районе наблюдений и вариации высоты пункта наблюдений.
Дата
Рис. 1. Вариации ускорения силы тяжести: на сейсмостанции «Талая» и в Иркутске (здесь вертикальными штрихами указаны моменты землетрясений: 29.06.1995 (М=5,5; L=50 км); 25.02.1999 (М=5,9; L=90 км); 17.09.2003 (М=5,3; L=155 км); 23.02.2005 (М=5,3; L=160 км); 27.08.2008 (М=6,3; L=30 км); L - удаление эпицентра от пункта «Талая»)
В результате анализа этих результатов были оценены возможные изменения плотности земной коры (ЗК) и её вертикальных движений в районе гравиметрических наблюдений. При выводе оценки возможной зависимости вариаций Ag от изменений Ар плотности ЗК в первом приближении была использована формула притяжения плоскопараллельного слоя [5]:
Ag = 2nGApd (1)
8 3 2
где G = 6,67 10" см /гс - гравитационная постоянная, d - толщина деформированного слоя земной коры, р = 2,67 г/см3 - средняя плотность ЗК,
Ар - изменение р из-за объёмной деформации ЗК. Как следует из (1), при
значении d = 5 км (одном из минимально возможных значений деформируемой
8 2
толщи ЗК) вариации Ag, достигающие 1 мкГал = 10" м/с , могут быть обусловлены изменением плотности Ар = 5,410"6 г/см3. По данным деформографических наблюдений Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН им. А.А. Трофимука на сейсмостанции «Талая» наблюдались изменения объёмной деформации ЗК, достигающие 2 10"6 в год [6], т.е. при средней плотности ЗК, равной 2,67 г/см3, изменения Ар могли достигать значений, полученных по результатам приведённых выше оценок.
На основании этой оценки взаимосвязи вариаций Ag и изменений Ар (А р= = 5,410"6 г/см3 вызывает Ag = 1 мкГал), построен график, показанный на рис. 2.
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
Дата
Рис. 2. Изменения плотности Ар и вертикальных движений ДИ земной коры в районе пункта «Талая» по данным гравиметрических наблюдений
Оценка возможной зависимости зарегистрированных вариаций А g от изменений высоты пункта наблюдений, обусловленных вертикальными движениями АИ земной коры производилась, учитывая наличие вертикального градиента силы тяжести у:
Аg = -уАИ (2)
Для пункта «Талая» измеренное значение у = 1,8 мкГал/см, т.е. понижение уровня точки наблюдения на 1 см приводит к увеличению значения g на 2 мкГал. Из оценки (2) и рис. 2 следует, что максимальные изменения ^ достигающие 10 см, произошли в промежутке времени перед и после землетрясения 27.08.2008 года.
Результаты ОРБ-мониторинга, проведенного сотрудниками ИЗК СО РАН на ближайших к сейсмостанции «Талая» пунктах Слюдянка (5,3 км), Култук (11,7 км), а также на пункте Иркутск приведены на рис. 3.
Как видно из этих данных, на пунктах, находящихся в БРЗ, в течение более 10 лет наблюдалось поднятие земной поверхности со средней скоростью около 0,4 см в год. На пункте «Слюдянка», находящемся приблизительно на расстоянии 5,3 км от пункта «Талая», по данным гравиметрических наблюдений, наоборот, до момента Култукского землетрясения, могло происходить опускание земной поверхности (см. рис. 2). При этом средняя скорость этого движения достигала 1,4 см в год. После землетрясения направление этих трендов резко изменилось.
Одной из возможных причин таких расхождений может быть преобладающее влияние на изменения Аg изменений плотности Ар из-за деформацион-
ных процессов в земной коре в районе гравиметрического пункта. Этот вопрос подлежит дальнейшему исследованию.
Рис. 3. Временные серии абсолютных вертикальных движений пунктов за период с 1994 по 2011 гг., расположенных на стабильной Сибирской платформе (IRKT, г. Иркутск) и вблизи эпицентра Култукского землетрясения (27.08.2008г., Мw=6.з) (KULT, п. Култук и SLYU, г. Слюдянка)
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта программы Президиума РАН № 4.1 и РФФИ (N^12-05-98035-р_Cибирь_а).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Смирнов М.Г. и др. Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-М и результаты наблюдений силы тяжести // Автометрия. - 1994. - № 3. - С 3-11.
2. Бунин И.А., Калиш Е.Н., Носов Д.А. и др. Полевой абсолютный лазерный баллистический гравиметр //Автометрия. - 2010. - Т. 46, № 5. - С. 94-102.
3. Арнаутов Г.П. Результаты международных метрологических сравнений абсолютных лазерных баллистических гравиметров // Автометрия. - 2005. - Т. 41, № 1. - С 126-136.
4. Resolutions international gravity commission. International absolute gravity base station
network // Bull. I nform. BGI. Toulouse, France, - 1984. - N 58.
5. Цубои Т. Гравитационное поле земли. М. // Мир. - 1982. - С 286.
6. Тимофеев В.Ю. Приливные и медленные деформации земной коры по экспериментальным данным: Автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. - Новосибирск: ОИГГМ СО РАН. 2004. - 32 с.
© Г.П. Арнаутов, Е.Н. Калиш, А.В. Лухнев, А.И. Мирошниченко, Д.А. Носов, В.А. Саньков, И.Г. Сизиков, М.Г. Смирнов, Ю.Ф. Стусь, 2013
