CC BY
56
УДК 550.312
Г.П. Арнаутов, Е.Н. Калиш, Ю.Ф. Стусь, М.Г. Смирнов Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РАЙОНАХ СИБИРИ: БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЕ И ГОРНОМ АЛТАЕ
Введение. Наиболее точными и надежными средствами исследования неприливных вариаций ускорения силы тяжести g в настоящее время являются абсолютные лазерные баллистические гравиметры [1]. Стандартная неопределенность результатов измерений разработанных нами гравиметров
о л
типа ГАБЛ составляет 2^4 мкГал (1 мкГал = 1-10" м/с ). Это подтверждено неоднократными международными метрологическими сравнениями лучших гравиметров мира [2]. Относительные гравиметры (например, криогенные) имеют почти на порядок большую разрешающую способность, но они непригодны при наблюдении долговременных (до нескольких лет) вариаций g из-за непостоянства их нулевого отсчета после дозаправки хладагента.
Высокая точность абсолютных лазерных гравиметров позволяет регистрировать гравиметрическим методом изменения высоты пункта наблюдений (вертикальные движения земной коры), а также изменения плотности земной поверхности в районе наблюдений. Например, изменение
л
высоты пункта наблюдений на Ah = 5-10" м вызовет изменение значения g на величину Ag = y Ah ~ 1,5 мкГал, где у ~ 309 мкГал/м - нормальное значение вертикального градиента силы тяжести для Земли. Такое изменение ускорения силы тяжести находится в пределах точности гравиметров ГАБЛ. Результаты гравиметрических измерений повышают точность и надежность спутниковых геодезических наблюдений.
Неприливные изменения силы тяжести в сейсмоактивных районах. Наибольшее число повторных наблюдений вариаций Ag проведено с помощью лазерного гравиметра ГАБЛ-М в Байкальской рифтовой зоне на сейсмостанци «Талая» (1992-2005 гг.) в Иркутской области. Для контроля результатов этих измерений и разделения локальных (региональных) и глобальных изменений Ag практически одновременно проводились наблюдения гравиметром ГАБЛ-М в платформенной области в г. Новосибирске и в г. Иркутске.
На рис. 1 показаны результаты измерений вариаций Ag ускорения силы тяжести g в Иркутской области. За нулевой отсчет вариаций Ag приняты значения g, измеренные на этих пунктах в начальный период наблюдений. Среднеквадратическая погрешность этих измерений не превышает 1 ^ 3 мкГал. Такая точность измерений достигается усреднением суточной серии наблюдений. В результат измерений Ag внесены поправки, учитывающие приливные вариации g, движение полюса Земли, притяжение изменяющихся атмосферных масс; при анализе результатов учтено изменение уровня подземных вод.
Дата
Рис. 1. Результаты измерений вариаций Ag в Байкальской рифтовой зоне
Из рис. 1 видно, что на пункте «Талая» в период 1992-1995 гг. вариации Ag не превышали ± 0,5 мкГал и совпадали с такой же погрешностью с вариациями, обусловленными движением полюса Земли. В 1996-1997 гг. значение g на пункте «Талая» выросло на 12 мкГал, а в 1998-1999 гг. оно уменьшилось (по сравнению с максимальным значением, достигнутым в 1997 г.) на 9 мкГал, сопровождаясь колебаниями в виде переходного процесса с размахом до 5 мкГал. В октябре 1999 г. значение g установилось на уровне, превышающим на 7 мкГал значения, наблюдавшиеся в 1992-1995 гг., который сохранялся до конца 2004 г. с погрешностью ~ 2 мкГал. Результаты измерений 2005 г. показали уменьшение значения ускорения силы тяжести на 5 мкГ ал.
Обнаруженные на пункте «Талая» вариации Ag не коррелируются с результатами измерений на этом пункте вариаций наклонов, деформаций и уровня подземных вод: в периоды сильных годовых изменений наклонов и деформаций (1992-1995 гг.) вариаций Ag не зарегистрировано, а в периоды слабого хода наклонов и деформаций отмечены значимые вариации в поле силы тяжести (1996-1999 гг.) [3]. Теоретически увеличение Ag на пункте «Талая» в 1996-1997 гг. на 12 мкГал может быть вызвано снижением уровня точки наблюдения на Ah = 4 см. По оценкам, изложенным выше, можно предположить, что в 1998-1999 гг. высота пункта наблюдений увеличилась по сравнению с 1997 г. на 3 см. Вертикальные движения земной коры в районе пункта «Талая» в настоящее время являются, по нашему мнению, единственным объяснением изменений гравитационного поля Земли на этом пункте. Возможна связь этих вариаций с землетрясениями 29.06.95 г. (с магнитудой М = 5.3, расстояние до эпицентра - 50 км) и 25.02.99 г. (М = 5.9, расстояние до эпицентра - 80 км).
Контрольные измерения в платформенной области не регистрировали вариаций g, превышающих погрешности измерений. В частности, на пункте Иркутск (рис. 1) изменения Ag не превышали ± 2 мкГал, что свидетельствует
о локальном характере вариаций Ag на пункте «Талая». Однако, в результате проведенных измерений в 2004 г. на контрольных гравиметрических пунктах (в г. Новосибирске и в г. Иркутске), относящихся к платформенной области, получена противоречивая информация: в г. Новосибирске вариации Ag (по сравнению с предшествующими годами) не превосходили погрешность измерений, а в г. Иркутске зарегистрировано изменение Ag = + 9,7 мкГал. Для выяснения причин такого изменения g намечена программа исследования возможного увеличения приборной погрешности и влияния внешних факторов (в частности, изменения уровня воды в Иркутском водохранилище).
В 2000 г. начаты наблюдения вариаций Ag на двух пунктах Горного Алтая: в геофизических обсерваториях «Усть-Кан» и «Кайтанак». На рис. 2 показаны результаты этих наблюдений. Как видно из рис. 2, в течение 3 лет вариации Ag не превосходили погрешность измерений. В 2004 г. зафиксированы изменения Ag = 11мкГал на пункте «Кайтанак», который находится в 230 км от эпицентра землетрясения, произошедшего 27-28 сентября в районе поселка Кош-Агач (через 58 дней после последней серии измерений, проведенных 29-31 июля 2003 г.).
Рис. 2. Вариации Дg на Горном Алтае
Следовательно, по данным гравиметрических наблюдений, предвестников этого землетрясения (за 2 месяца до события) не зарегистрировано. Измерения, выполненные в 2005 г., показали, что значение g на пункте «Кайтанак» по сравнению с 2004 г. уменьшилось на 22 мкГал. Такие резкие изменения отмечены нами впервые и вероятно являются следствием данного землетрясения, вызвавшего как изменение высоты пункта наблюдения, так и изменение гидрологических характеристик района измерений. При этом, значение ускорения силы тяжести на пункте «Усть-Кан», расположенном в 100 км от пункта «Кайтанак» оставалось весьма стабильным, находясь в пределах точности измерений.
Заключение
1. В Байкальской рифтовой зоне за период наблюдений вариации силы тяжести достигали 12 мкГал. Причиной этих вариаций могут быть вертикальные движения земной коры со скоростью до 4 см/год.
2. Как в Байкальской рифтовой зоне, так и на Горном Алтае не зарегистрировано гравитационных предвестников землетрясений, а изменения Ag, измеренные в последующий период, могут быть следствием этих землетрясений. Для проверки этой гипотезы необходимы дополнительные исследования.
Работа поддержана грантом Президиума РАН по программе № 13 «Глобальные изменения природной среды и климата», грантами РФФИ по проектам РФФИ № 04-05-64291-а, № 05-05-79161.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Смирнов М.Г., Стусь Ю.Ф., Тарасюк В.Г. Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-М и результаты наблюдений силы тяжести // Автометрия. 1994. № 3.
2. Арнаутов Г.П. Результаты международных метрологических сравнений абсолютных лазерных баллистических гравиметров // Автометрия. 2005. т. 41. № 1.
3. Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Стусь Ю.Ф., Тимофеев В.Ю. Результаты 6-летнего цикла абсолютных гравиметрических измерений в Байкальской рифтовой зоне // В сб.: Методы изучения, строение и мониторинг литосферы. Материалы к международным конференциям. Новосибирск: НИЦ ОИГГМ, 1998.
© Г.П. Арнаутов, Е.Н. Калиш, Ю.Ф. Стусь, М.Г. Смирнов, 2006
