CC BY
48
УДК 550.312
Г.П. Арнаутов, И.А. Бунин, Е.Н. Калиш, Д.А. Носов, Ю.Ф. Стусъ, М.Г. Смирнов
ИАиЭ СО РАН, Новосибирск
В.Ю. Тимофеев, Д.Г. Ардюков
ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск
ОЦЕНКА СКОРОСТЕЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ИЗМЕНЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ЗЕМНОЙ КОРЫ НА ЮГО-ЗАПАДЕ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ И В ГОРНОМ АЛТАЕ ПО ДАННЫМ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
В работе на основе результатов повторных измерений вариаций ускорения силы тяжести в сейсмоактивных районах Байкальской рифтовой зоны и Горного Алтая оценены возможные скорости вертикальных смещений h земной поверхности и изменений плотности земной коры Ар. Показано, что измерения
5 3
h могут достигать значений h=10 см в год, а Ар = 8-10- г/см в год и связаны они в основном со временем близлежащих землетрясений.
G.P. Arnautov, I.A. Bunin, E.N. Kalish, D.A. Nosov, Yu.F. Stus, M.G. Smirnov Institute of Automation and Electrometry SB RAS, Novosibirsk;
V.Yu. Timofeev, D.G. Ardyukov
A.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Novosibirsk
ESTIMATE OF THE RATE OF VERTICAL DISPLACEMENTS OF THE EARTH'S SURFACE AND CHANGES IN THE DENSITY OF THE CRUST IN THE SOUTH-WEST OF THE BAIKAL RIFT ZONE AND THE ALTAI MOUNTAINS ACCORDING TO GRAVIMETRIC MONITORING
In this paper, based on the results repeated measurements of variations of gravity in seismically active areas of the Baikal rift zone and the Altai Mountains assessments have been the possible rate of vertical displacement h the earth's surface and changes in the density of the crust Ар. It is shown that measurements of h can
C -5
reach values of h = 10 cm per year, and of Ар = 8-10- g/cm per year and they are associated mainly with the time of near earthquakes.
С помощью разработанных и созданных авторами статьи лазерных баллистических гравиметров [1, 2, 3] (по точности и надежности измерений находящихся на высшем мировом уровне [4]) проводится прецизионный мониторинг гравитационного поля Земли в областях современных сейсмических активизаций: начиная с 1992 года в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ), а с 2000 года в Горном Алтае. Одновременно с этими гравиметрическими измерениями проводятся аналогичные контрольные измерения в
платформенной области: на гравиметрических пунктах Новосибирской области и в г. Иркутске.
Результаты гравиметрического мониторинга на сейсмостанции «Талая»
(БРЗ, Иркутская область, Слюдянский район) показаны на рис. 1 значения
8 2 8
вараций Д§, выраженных в микрогалах (1 мкГал = 10" м/с ~ 10" §). Здесь за нулевой отсчет принят первый результат измерений. В эти результаты внесены приливная поправка, приводящая результат измерения к уровню невозмущенного геопотенциала, а также, в в соответствии с рекомендациями Международной гравиметрической комиссии [5], поправки, учитывающие влияние изменений атмосферного давления и положения полюса Земли.
-5 1-------1---1—I-------1-1--1-------1----1—I--1-----------1-1—1-------1-1
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Дата
Рис. 1. Вариации ускорения силы тяжести на сейсмостанции «Талая»
1 - землетрясение 29.06.1995 (М=5,5; L=50 км);
2 - землетрясение 25.02.1999 (М=5,9; L=90 км);
3 - землетрясение 17.09.2003 (М=5,3; L=155 км);
4 - землетрясение 23.02.2005 (М=5,3; L=160 км);
5 - землетрясение 27.08.2008 (М=6,3; L=30 км);
Ь - удаление эпицентра землетрясения от пункта «Талая»
На основании этих результатов были оценены возможные изменения
плотности земной коры (ЗК) и её вертикальных движений в районе
гравиметрических наблюдений. При выводе оценки возможной зависимости вариаций от изменений Ар плотности ЗК в первом приближения была использована формула притяжения плоско-параллельного слоя:
ДВ = 2лвЛрй (1)
8 3 2
где G = 6,67х10- см/гс - гравитационная постоянная, й - толщина
-5
деформированного слоя земной коры, р = 2,67 г/см - средняя плотность ЗК, Ар
- изменение р из-за её объёмной деформации.
Как следует из (1) при значении d = 5 км (одном из минимально возможных
о
значений деформируемой толщи ЗК) вариации Ag, достигающие 1 мкГал = 10" м/с2, могут быть обусловлены изменением плотности Ар = 5,4х10"6 г/см3. По данным деформографических наблюдений В.Ю. Тимофеева (Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН им. А.А. Трофимука) на сейсмостанции «Талая» наблюдались изменения объёмной деформации ЗК, достигающие 2х10"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 и по результатам измерений Ag можно заключить, что изменения Ар могли достигать
5 3
8х10" г/см в год и происходили они преимущественно до и после землетрясения 27.08.2008 года.
Оценка возможной зависимости зарегистрированных вариаций Ag от изменений высоты пункта наблюдений, обусловленных вертикальными движениями Ah земной коры производилась, учитывая наличие вертикального градиента силы тяжести у:
Ag = yAh (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. 1 следует, что максимальные изменения h, достигающие 10 см, произошли в промежутке времени перед и после землетрясения 27.08.2008 года.
На рис. 2 показаны результаты измерений вариаций Ag на пунктах Усть-Кан (старый пункт) и Кайтанак. В эти результаты внесены все поправки, учитывающие влияние на ускорение силы тяжести внешних факторов, как и для пункта «Талая». Вертикальной штриховой линией показан момент землетрясения 2003 года (M = 7,5; L = 230 км).
Дата
Рис. 2. Вариации ускорения силы тяжести на пунктах Горного Алтая
Из этих результатов, следуя оценкам по формулам (1) и (2), можно заключить, что максимальные изменения Др=1,3х10-4 г/см3 в год и h=8 см в год наблюдаются до 2010 года на пункте «Кайтанак» после землетрясения 2003 года (М=7,5, L=230 км).
Контрольные гравиметрические наблюдения в платформенной области проводились в Новосибирской области (на пунктах ИАиЭ, «Боровое» и «Ключи») и в г. Иркутске (на пункте Восточно-Сибирского филиала НИИ физико-технических и радиотехнических измерений). Результаты этих измерений показывают, что вариации Ag, наблюдаемые в сейсмоактивных районах Байкала и Горного Алтая, имеют региональный характер и связаны с подготовкой и последствиями сильных близлежащих землетрясений.
Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президиума РАН по проекту № 4.8 «Эволюция состояния среды в областях современных сейсмических активизаций юга Сибири по данным комплексного геофизического мониторинга».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Высокоточный лазерный гравиметр / Г.П. Арнаутов и др. // Автометрия.
- 1972. - № 5. - С. 29-38.
2. Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-М и результаты наблюдений силы тяжести / Г.П. Арнаутов и др. // Автометрия. - 1994. - № 3. -
С. 3-11.
3. Полевой абсолютный лазерный баллистический гравиметр / И.А. Бунин и др. // Автометрия. - 2010. - Т. 46, № 5. - С. 94-102.
4. Арнаутов, Г.П. Результаты международных метрологических сравнений абсолютных лазерных баллистических гравиметров / Г.П. Арнаутов // Автометрия. - 2005. - Т. 41, № 1. - С. 126-136.
5. Resolutions international gravity commission. International absolute gravity basestation network // Bull. Inform. BGI. Toulouse, France, - 1984. - N 58.
6. Тимофеев, В.Ю. Приливные и медленные деформации земной коры по экспериментальным данным: автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук / В.Ю. Тимофеев. - Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 2004. - 32 с.
© Г.П. Арнаутов, И.А. Бунин, Е.Н. Калиш, Д.А. Носов, Ю.Ф. Стусъ, М.Г. Смирнов, В.Ю. Тимофеев, Д.Г. Ардюков, 2011
