CC BY
6Результаты наблюдений долговременных колебаний земной коры в Байкальской
рифтовой зоне
Ю.Н. Фомин\ ЯА Жмудь2,3, В.М. Семибаламут1, С.В. Панов2, М.Д. Парушкин3, Л.В. Димитров4
1 Сибирский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук», Новосибирск, Россия 2 Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия 3Институт лазерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия 4 Технический университет Софии, София, Болгария
Аннотация. Обсуждаются результаты наблюдений деформационных процессов в штольне на обсерватории «Талая» Байкальской рифтовой зоны полученных с использованием лазерного деформографа. Изучение поведения деформационного процесса в земной коре в широком диапазоне частот направлено на поиск предвестников землетрясений. Обнаружено возбуждение колебаний с периодами 25-60 мин вызванное землетрясением с магнитудой М = 5.2 восточнее острова Шикотан. Получены усредненные спектры основных гармоник, преобладающих в деформационном сигнале very long period oscillations СДПК. Обнаружена сезонная зависимость энергии спектров колебаний с периодами 205 и 160 минут.
Ключевые слова: лазерный деформограф, предвестники землетрясений, Байкальская рифтовая зона, методы штольневой деформографии.
ВВЕДЕНИЕ
Для регистрации динамики развития деформационных процессов в сейсмоактивных зонах необходимы устройства, позволяющие с высокой чувствительностью и в непрерывном режиме измерять малые относительные деформационные смещения горных пород. В настоящее время laser strainmeters являются наиболее чувствительными приборами, предназначенными для регистрации
деформаций земной коры в широком частотном и динамическом диапазонах. Laser strainmeter позволяет регистрировать собственные и приливные колебания Земли, суточные вариации микродеформационного шума, а также особенности деформационных процессов в земной коре, сопровождающих сейсмичность.
Регистрация колебаний земной коры позволяет получать новые сведения о строении земной коры и о процессах, сопровождающих изменение напряженно -деформированного состояния горных пород. [1-8]. Проводимые исследования позволят заложить основы краткосрочного прогноза землетрясений.
Для проведения исследований
деформационных процессов
Сибирский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук» и Институт лазерной физики СО РАН разработали и используют лазерный деформограф для регистрации сверхмалых деформаций земной коры в двух взаимно ортогональных направлениях. Главным достоинством разработанных моделей является
то, что они позволяют проводить измерения в открытой атмосфере горных выработок без дополнительных вакуумных или лучеводов избыточного давления. Конструкция короткобазового лазерного деформографа расчитана на длительную эксплуатацию в условиях влажной атмосферы в щтольоне. В данной статье сообщается о результатах проведенных исследований по материалам полученным в штольне на обсерватории «Талая» (Южный Байкал), где на протяжении более 25 лет, эксплуатируется экспериментальный образец лазерного деформографа [9-11]. Последние 15 лет наблюдения выполняются в непрерывном режиме.
Дальнейшее развитие подобной аппаратуры рассматривается в работах [12-22].
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Измерения в специализированных подземных обсерваториях с помощью laser strainmeters являются важной частью исследований кинематических характеристик земной коры. За последние 50 лет накоплен обширный материал по признакам подготовки землетрясений. Тем не менее, прогноз этих катастрофических явлений остается одной из нерешенных проблем наук о Земле. Установлено, что подготовка землетрясений, в первую очередь связана с процессами деформирования земной коры, а само сейсмическое событие - это результат внезапного высвобождения упругой энергии, накопившейся в геофизической среде в период
деформации. В зависимости от силы готовящегося землетрясения, изменение хода деформационного процесса может
фиксироваться на десятках или сотнях километров от очага. Поскольку деформационные предвестники первичны по отношению к изменениям других параметров среды, наблюдающимся перед сейсмическим событием, изучение деформационных процессов широком диапазоне частот представляет значительный интерес для решения задачи прогноза землетрясений.
Создание сети наблюдательных пунктов оснащенных автоматизированными laser strainmeters в сейсмически опасных зонах позволит снизить ущерб причиняемый землетрясениями.
Длиннопериодных колебаний Земли могут иметь тригерный характер для развития различных катастрофическиих процессов природного и техногенного происхождения, что делает их изучения чрезвычайно важным.
2. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ОБСЕРВАТОРИИ «ТАЛАЯ»
Обсерватория "Талая" расположена в юго-западной части Байкальской складчатой области. Координаты станции: 51°40'48.00"N, 103°38'24.00"E. Согласно карте сейсмического районирования это зона возможных 8-9-бальных землетрясений. Примерно в 10 км севернее станции проходит Главный Саянский разлом, а в 12 км южнее нее находятся разрывные нарушения северо-западного простирания. Благодаря использованию наблюдений над большим числом слабых толчков, получена достаточно детальная картина напряженного состояния земной коры в основной части Байкальского рифта. В подавляющем большинстве случаев
обнаруживается согласованная ориентация осей напряжений.
3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Двухканальный лазерный деформограф предназначен для геодинамического
мониторинга напряженно-деформированного состояния горных пород и исследования деформационных колебаний в широком диапазоне частот.
Лазерный деформограф относится к интерференционным приборам. Его
измерительная схема состоит из четырех независимых оптических каналов - двух измерительных, одного опорного и одного компенсирующего. Все они выполнены по схеме несимметричного интерферометра Майкельсона, с переносом фазовой информации из оптичекого диапазона в радиочастотный диапазон методом оптического
гетеродинирования. В качестве опорного
оптического излучения, в интерферометрах используется излучение гетеродинного лазера, смещенного по частоте на 1 МГц относительно излучения измерительного лазера, посылаемого на перемещающийся объект. Входящий в состав измерителя лазерный источник оригинальной конструкции, состоит из двух He-Ne лазерных излучателей и предназначен для получения гетеродинного и измерительного излучений с разностью оптических частот равной 1 МГц, синхронизированной по фазе с частотой опорного радиогенератора с точностью 10-3 рад. при помощи электронной системы частотно фазовой автоматической подстройки. Интерферометрическая система для измерения линейных перемещений с использованием двух синхронизированных лазеров защищена патентом SU1362923.
Использование в конструкции laser strainmeters дополнительного компенсирующего плеча постоянной длины позволяет исключить влияние изменения частоты излучения лазера и изменения параметров атмосферы на результат измерений. Способ компенсации защищен патентом RU 2082085 [9-19].
Принцип работы измерительной системы основан на непрерывной регистрации изменения фазы световой волны во времени, обусловленного эффектом Допплера при отражении излучения от движущегося объекта (зеркального отражателя, укреплённого на исследуемом объекте). Величина перемещения определяется из анализа разницы фаз двух сигналов на частоте 1 МГц , поступающих на измерительные фазовые детекторы от фотоприёмника опорного плеча,
фотоприемников двух измерительных плеч и фотоприемника компенсационного плеча.
Рабочая длина волны излучения X 0,6328 мкм. Мощность гетеродинного и измерительного лазерных излучателей 1 мВт. Длина обоих измерительных плеч равна L = 25 м. Длина компенсирующего плеча 1,2 м. Относительная чувствительность к перемещениям составляет величину AL/L~ 1х10-10. Запись сигналов деформографа производится с помощью компьютера с частотой дискретизации 0.5 Гц.
Преобразованные на фотоприемниках сигналы из оптического диапазона в радиочастотный с частотой 1 МГц. подаются на фазовые детекторы измеряющие величину фазового сдвига и затем, в цифровом виде, поступают на регистрирующий компьютер. Величину амплитуды и знак деформационных колебаний в измерительных плечах получают на этапе обработки данных измерений,
путём программного вычитания фазовых сигналов, зарегистрированных в цифровом виде в измерительных каналах и компенсационном плече, с выравнивающим коэффициентом, пропорциональным отношению геометрической
длины измерительных плеч и
компенсационного плеча. .
Для дальнейшей обработки представляются следующие массивы данных измерений.
1. Временной ряд деформационного процесса в первом измерительном плече интерферометра.
2. Временной ряд деформационного процесса во втором измерительном плече (ортогональном первому).
3. Временной ряд процесса в компенсационном плече обусловленного флуктуациями параметров атмосферы и нестабильностью частоты излучения лазеров.
4. Временной ряд разностной деформации между первым и вторым измерительными плечами, получаемый прямым вычитанием фазовых сигналов на соответствующем измерительном фазовом детекторе.
5. Временной ряд сигнала сейсмического датчика.
Программное обеспечение является комплексом программ реального времени, обеспечивающих взаимодействие оператора с выполняемым заданием и управление ходом его выполнения. Также программа производит предварительную обработку результатов измерений и записывает их на жесткий диск с одновременной визуализацией на экране дисплея. Кроме того, программа обеспечивает просмотр данных за прошедшие сутки
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
Как неоднократно было установлено в ходе исследований, в деформационном процессе наблюдается ряд особенностей.
Одна из характерных представлена на Рис. 1.
На графиках изображен нефильтрованный дефомационный сигнал, зарегистрированный в двух ортогональных плечах в период с 11 по 12 июля 2015. На рисунке отчетливо видно отличие в характере деформационного сигнала справа и слева. В 11:37GMT произошел резкий синхронный скачок в обоих плечах, за которым следует возбуждение колебаний с периодами 25-60 мин. Согласно каталогу землетрясений Геологической службы США (USGS) за 10 минут до этого произошло крупное землетрясение с магнитудой М = 5.2 восточнее острова Шикотан (43.889°N 148.011°E глубина -40.6 км). Несмотря на удаление в 3500 км, такое землетрясение может являться причиной возбуждения этих колебаний.
Одним из направлений исследований, является изучение деформационных long period
oscillations в диапазоне 1-5 час. С этой целью был проведен спектральный анализ рядов данных, длительностью в 30 и 60 суток, полученных за период наблюдений с 1999 по 2015 годы.
В качестве примера на Рис. 2. приведены нефильтрованные записи деформационного процесса в двух измерительных каналах, их разностный сигнал, а так же вариации атмосферного давления, зарегистрированные компенсационным плечом laser strainmeters. Также на Рис. 2 приведены данные за 1 месяц, охватывающий землетрясение (в Индии). На графиках, соответствующих деформационным данным и их разности можно увидеть момент прихода сигнала от катастрофического землетрясения, произошедшего 26 января 2001 г. в Индии, в штате Гуджарат. Оно произошло в 03:16:40 (UTC) и имело магнитуду 7.9. Несмотря на то, что оно естественным образом оказало влияние на процесс very long period oscillations в локальной временной области, это влияние носит незначительный характер при анализе спектра колебаний на протяжении всего исследуемого периода.
Для выделения основных гармоник доминирующих в деформационном сигнале в диапазоне very long period oscillations была проведена процедура усреднения спектров полученных от всех имеющихся непрерывных участков длительностью 1 и 2 месяца. Полученные усредненные спектры
представлены на Рис. 3, где менее контрастному графику соответствует спектр от участков длительностью в 60 суток а более контрастному - 30 суток
Спектры заметно отличаются уровнем шума.
Это связано с тем, что количество непрерывных деформационных участков длительностью в 60 суток значительно меньше числа 30 суточных участков.
В обоих спектрах можно отчетливо выделить более десятка различных гармоник. Основная их часть отмечена на рисунке стрелками, над которыми написаны периоды этих гармоник в минутах.
Наиболее ярко выделяются гармоники с периодами 205 и 160 минут, что соответствует кратности звездным суткам (т.е. периоду в 24 часа) 7 и 9 соответственно. Кроме того, высоким соотношением сигнал/шум обладают так же гармоники с периодами 286, 238 и 179, с кратностью звездным суткам в 5, 6 и 8. Схожий ряд гармоник выделяются другими исследователями при анализе сейсмических шумов.
.07.2015 00:00:00 11.07.2015 06:00:00 11.07.2015 12:00:00 11.07.2015 18:00:00 12.07.: 1. Деформационный процесс, зарегистрированный в период с 11.07.2015 по 12.07.2015 г.
19.01
Рис. 2.
2001 24.01.2001 29.01.2001 03 02.2001 08.02.2001
Пример фрагмента деформографической записи длительностью 1 месяц
Ранее авторами установлено [23] подобие спектров деформационных сигналов зарегистрированных синхронно в разнесенных точках Земли - обсерватория «Талая» (51°40'48.00'^, 103°38'24.00"Е) и обсерватория «Талгар» (43°18ГЫ, 77°14'Е). Установлено сходство между спектрами литосферных деформационных колебаний и вариаций атмосферного давления и выявлена взаимосвязь между ними.
Сопоставление спектров показано на Рис. 4. Наиболее ярко в обоих спектрах выделяются
следующие гармоники: 286, 238, 205, 196, 179, 160, 140, 125, 102, 98, 94, 82, 76. На представленном рисунке эти гармоники отмечены пунктирными линиями.
Проведено изучение поведения спектров на протяжении года в зависимости от календарного месяца наблюдения. Для этого посчитана энергия спектра для каждого из 80 выбранных непрерывных фрагментов записи длительностью в 1 месяц.
Рис. 3. Усредненные спектры деформационных колебаний
0.00005 0.00010 0.00015 0.00020
Рис. 4. Сравнение усредненных спектров атмосферных и литосферных колебаний
Полученные результаты отмечены точками в соответствующем им столбце на Рис. 5. Усредненное значение для трех соседних месяцев показано крестами, а непрерывная линия это результирующая сглаженная кривая. На графике видно, что энергия спектров
меняется в течение года в зависимости от календарного месяца, причем в летнее время она больше чем зимой, а максимум приходится на июнь-июль, т.е. изменения носят явно выраженный сезонный характер.
янв фев мар апр май июн июл авг сен окт ноя дек
Рис. 5. Распределение энергии спектров деформационных колебаний в зависимости от календарного месяца наблюдения
0.00005 0.00010 0.00015 0.00020 0.00025
Рис. 6. Усредненные спектры дефомационных колебаний в зависимости от календарного месяца наблюдения
Для того чтобы исследовать поведение конкретных гармоник в течение года, проведена процедура усреднения спектров 30 дневных фрагментов деформографических данных, зарегистрированных в различные года, но начинавшихся в один месяц. Таким образом, для каждого месяца в году получен усредненный спектр деформационных колебаний в диапазоне от 1 до 5 часов. Результирующие спектры представлены на Рис. 6. Для удобства сравнения, на этом рисунке приведена серия вертикальных прямых линий, привязанных к некоторым ярко выраженным гармоникам, явно меняющим свое поведение в зависимости от месяца усреднения. В частности гармоника с периодом 205 минут отчетливо выделяется с февраля по май и с сентября по ноябрь, в
остальное время она практически не заметна на фоне соседних гармоник. Другая яркая гармоника имеющая период в 160 минут лучше всего выделяется в период ноября по февраль.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе исследования деформационного процесса в широком диапазоне частот получены следующие результаты.
Обнаружено возбуждение колебаний с периодами 25-60 мин. обусловленная землетрясением с магнитудой М=5.2 восточнее острова Шикотан (43.889°N 148.011°E глубина -40.6 км). Проведен анализ и получены усредненные спектры основных гармоник, преобладающих в деформационном сигнале в диапазоне very long period oscillations. Наиболее
ярко выделяются гармоники с периодами 205 и 160 минут, что соответствует кратности звездным суткам.
Исследованы спектры деформационных сигналов синхронно зарегистрированных в разнесенных точках Земли - обсерватория «Талая» и обсерватория «Талгар». Получено сходство в усредненных спектрах атмосферных и литосферных колебаний. Наиболее ярко в обоих спектрах выделяются следующие гармоники: 286, 238, 205, 196, 179, 160, 140, 125, 102, 98, 94, 82, 76.
Обнаружено, что энергия спектров меняется в течение года в зависимости от месяца, причем в летний период она больше чем в зимний, а максимум приходится на июнь-июль, т.е. изменения носят явно выраженный сезонный характер. Обнаружено, что гармоника с периодом 205 минут отчетливо выделяется с февраля по май и с сентября по ноябрь. Гармоника, имеющая период 160 минут лучше всего выделяется с ноября по февраль.
Особый интерес вызывают 160 минутные колебания, поскольку механизм их возникновения не известен. Синхронная регистрация этих колебаний в разнесенных пунктах лазерных наблюдений, показала, что эти колебания носят общепланетарный характер [23]. Насколько авторам известно, этот результат с использованием laser strainmeters получен впервые.
Анализ записей лазерного деформографа, полученных после катастрофического землетрясения в Японии (11 марта 2011 года, М = 9.1), позволил определить значения периодов собственных колебаний Земли. В спектрах выделяются частоты крутильных и сфероидальных колебаний с периодами 57 мин.; 35,5 мин.; 25,8 мин.; 20 мин.; 13,5 мин.; 11,8 мин.; 9,0 мин.; 6,1 мин.; 4,9 мин.; 4,2 мин.; 3,8 мин. и 3,6 мин. Различные частотные интервалы определяются свойствами различных областей земных недр.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Thomas Jahr, Corinna Kroner, Andrea Lippmann, Strainmeters at Moxa observatory, Germany // Journal of Geodynamics 41 (2006) 205-212.
[2] Melchior P., 1983. The tides of the planet Earth, 2nd ed. Pergamon Press, Oxford, 641 pp.
[3] Dehant V, Defraigne P, Wahr J., 1999, Tides for a convective Earth. // J. Geoph. Res., 104, B1, P. 1035-1058.
[4] Ducarme B., Venedikov A. P., Arnoso J., Vieira R., 2004, Determination of the long period tidal waves in the GGP superconducting gravity data. // J. of Geodynamics, 38, P. 307-324.
[5] Ducarme B., Vandercoilden L., Venedikov A.P., 2006. The analysis of LP waves and polar motion effects by ETERNA and VAV methods. // Bulletin Inf. Marées Terrestres, 141, P. 11201-11210.
[6] B. Ducarme, V.Yu. Timofeev, M. Everaerts, P.Y. Gornov, V.A. Parovishnii, M. van Ruymbeke. A Trans-Siberian Tidal Gravity Profile (TSP) for the validation of the ocean tides loading corrections. //
Journal of Geodynamics, v. 45, N.2-3, 2008, P.73-82.
[7] Wenzel H.G., 1996, The nanogal software: earth tide data processing package ETERNA 3.30. // Bull. Inf. Marcees Terrestres, 124, P. 9425-9439.
[8] Timofeev V. Y., Ardyukov D. G., Gribanova E. I., van Ruymbeke M., Ducarme B., 2009, Tidal and long-period variations observed with tiltmeters, extensometers and well-sensor (Baikal rift, Talaya station). Bull. Inf. Marées Terrestres, 135 p.
[9] Orlov V.A., Panov S.V., Parushkin M.D., Fomin Y.N., Study of superlong-period oscillations of earth by high-sensitive laser method. 2012 11th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, APEIE 2012 -Proceedings 2012. С. 16-20.
[10] S V Panov, M D Parushkin, V M Semibalamut and Yu N Fomin, Features of tidal deformations before strong distant and closely spaced regional earthquakes. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 206 (2018) C. 012049.
[11] Parushkin M.D., Panov S.V., Fomin Y., Semibalamut V.M., Empirical mode decomposition method in deformation measurement data processing. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "Geodynamics and Stress State of the Earth's Interior, GSSEI 2017" 2018. C.012043.
[12] V.A. Zhmud, V.M. Semibalamut, L.V. Dimitrov, A.V. Taichenachev. Heterodyne Signal Filtering for Laser Measuring Systems. 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference "Informatics, Geoinformatics and remote sensing" SGEM 2018. Conference proceedings. Vol.18. Issue 2.2. Informatics, Geoinformatics. Albena, Bulgaria. P. 227-234. ISBN 978-619-7408-40-9. ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2.
[13] V.A. Zhmud, V.M. Semibalamut, L.V. Dimitrov, A.V. Taichenachev. The Phase Locking System for the Frequency Locking of Lasers for Geoinformatics. 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference "Informatics, Geoinformatics and remote sensing" SGEM 2018. Conference proceedings. Vol.18. Issue 2.2. Informatics, Geoinformatics. Albena, Bulgaria. P. 491-498. ISBN 978-619-7408-40-9. ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2.
[14] Жмудь В. А. Modelling Researches of the limitations for Fault-Tolerance Measurements of Ultra Small Displacements and Vibrations / В. А. Жмудь, Д. О. Терешкин // Proceedings of the Asian Conference on Modelling, Identifiacation and Control (ASIA-MIC - 2012), P.1-11, DOI:10.2316/P.2012.769-026.
[15] Goncharenko A.M., Vasil'ev V.A., Zhmud' V.A. Method of sensivity rise of laser vibrometers. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing (Avtometria). 2003. 39(2), P. 43-47.
[16] V. A. Zhmud, A. M. Goncharenko. Modern problems of high-precision measurements of the phase differences. Proc. of Intern. Conf. "Actual problems of electronic instrument engineering" (APEIE-2016): Novosibirsk, Oct., 3-6, 2016: in 12 V. - V. 1, part 1. - P. 314-318. - ISBN 978-5-77822991-4.
[17] Vasil'ev, V.A., Zhmud', V.A., Il'yanovich, Yu.N., Semibalamut, V.M., Fomin, Yu. N. Detection of the increment of an instantaneous phase in a longbase laser meter of small vibrations. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2002. 45(4), P. 97-100.
[18]
[19]
[20]
[21]
Modification of software for the control of laser measurer of super small deformations. Zhmud, V., Tereshkin, D. 2013. 8th International Forum on Strategic Technology 2013, IFOST 2013 -Proceedings P. 260 - 264. Zhmud, V., Semibalamut, V., Dimitrov, L.,Taichenachev, A. Modification of optoelectronic intellectual systems for absolute measurements in monitoring of earth seismic dynamics. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2017. 17(21), P. 999-1004. Zhmud, V., Semibalamut, V., Dimitrov, L., Fomin, Y. The increase of the accuracy of the laser-based measurement of ultra-low tidal deformation of rocks. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2017. 17(21), P. 1069-1076.
Zhmud, V.; Semibalamut, V.; Dimitrov, L.; et al. Optoelectronic Intellectual Systems for Monitoring of Earth Seismic Dynamics: Results and Developing Directions. Proc. of 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2016): Albena, Bulgaria: Jun 30-Juel 06, 2016. International Multidisciplinary Scientific GeoConference-SGEM. Vol. III. P.567-574. Zhmud, V.; Semibalamut, V.; Dimitrov, L.; et al. Software Structure for the Laser Sensor of Earth Crust Lunar-Solar Tide Deformations. Proc. of: 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2016). Albena, Bulgaria: Jun 30-Juel 06, 2016. International Multidisciplinary Scientific GeoConference-SGEM. Vol. III. P. 615-622. V.A. Orlov, S.V. Panov, M.D. Parushkn, Yu.N. Fomin, S.Zh. Tokmoldin, I.S. Nevmerzhitskiy, N.B. Uzbekov, D.O. Tereshkin. Spaced highsensitive laser deformographic observations in studying super-long period oscillations of the Earth. Proc. of the conference: Geodynamics and Stress State of the Earth's Interior, 3 October, 2011, Novosibirsk, Vol. 1. P. 145-150.
Юрий Николаевич Фомин
Сибирский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук» (СИФ ФИЦ ЕГС РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 13-3, начальник сектора, (383) 333 38 41, E-mail: [email protected]
[22]
[23]
Вадим Аркадьевич Жмудь -
заведующий кафедрой Автоматики НГТУ, профессор, доктор технических наук. E-mail: oao [email protected]
630073, Новосибирск, Просп. К. Маркса, д. 20
Владимир Михайлович
Семибаламут - к.ф.-м.н., директор Сибирского филиала Федерального исследо-
вательского центра «Единая геофизическая служба
Российской академии наук», Новосибирск, Россия.
E-mail: wladim2 8 @vandex. ru
Сергей Владимирович Панов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 13-3, старший научный сотрудник, (383) 333 30 72, E-mail: [email protected]
Михаил Дмитриевич Парушкин
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 13-3, младший научный сотрудник, (383) 333 30 72, e-mail: [email protected]
Д.т.н. Любомир Димитров -
Профессор, Технический
университет Софии,
машиностроительный факультет, Болгария. Области интереса: мехатроника, адаптивное и оптимальное управление,
интеллектуальные системы
диагностики и управления, MEMS.
E-mail: lubomir [email protected]
Статья поступила 20.01.2019.
Results of Observations of Long-Term Fluctuations of the Earth's Crust in the Baikal
Rift Zone
Yu.N. Fomin1, V.A. Zhmud23, V.M. Semibalamut1, S.V. Panov3, M.D. Parushkin3, L.V. Dimitrov4
1 Siberian Branch of the Federal Research Center United Geophysical Service of the Russian Academy of
Sciences, Novosibirsk, Russia 2 Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia 3 Institute of Laser Physics SB RAS, Novosibirsk, Russia 4 Technical University Sofia, Sofia, Bulgaria
Abstract. The results of observations of deformation processes in the tunnel at the "Talaya" observatory of the Baikal rift zone obtained using a laser deformograph are discussed. The study of the behavior of the deformation process in the earth's crust in a wide range of frequencies is aimed at searching for precursors of earthquakes. An excitation of oscillations with
periods of 25-60 min caused by an earthquake with a magnitude of M = 5.2 east of Shikotan Island was found. The averaged spectra of the main harmonics prevailing in the deformation signal of the very long period oscillations of the SDPK were obtained. A seasonal dependence of the energy of the oscillation spectra with periods of 205 and 160 minutes was found. Key words: laser deformograph, earthquake precursors, Baikal rift zone, gallery deformography methods.
REFERENCES
[1] Thomas Jahr, Corinna Kroner, Andrea Lippmann, Strainmeters at Moxa observatory, Germany // Journal of Geodynamics 41 (2006) 205-212.
[2] Melchior P., 1983. The tides of the planet Earth, 2nd ed. Pergamon Press, Oxford, 641 pp.
[3] Dehant V, Defraigne P, Wahr J., 1999, Tides for a convective Earth. // J. Geoph. Res., 104, B1, P. 1035-1058.
[4] Ducarme B., Venedikov A. P., Arnoso J., Vieira R., 2004, Determination of the long period tidal waves in the GGP superconducting gravity data. // J. of Geodynamics, 38, P. 307-324.
[5] Ducarme B., Vandercoilden L., Venedikov A.P., 2006. The analysis of LP waves and polar motion effects by ETERNA and VAV methods. // Bulletin Inf. Marées Terrestres, 141, P. 11201-11210.
[6] B. Ducarme, V.Yu. Timofeev, M. Everaerts, P.Y. Gornov, V.A. Parovishnii, M. van Ruymbeke. A Trans-Siberian Tidal Gravity Profile (TSP) for the validation of the ocean tides loading corrections. // Journal of Geodynamics, v. 45, N.2-3, 2008, P.73-82.
[7] Wenzel H.G., 1996, The nanogal software: earth tide data processing package ETERNA 3.30. // Bull. Inf. Maréees Terrestres, 124, P. 9425-9439.
[8] Timofeev V. Y., Ardyukov D. G., Gribanova E. I., van Ruymbeke M., Ducarme B., 2009, Tidal and long-period variations observed with tiltmeters, extensometers and well-sensor (Baikal rift, Talaya station). Bull. Inf. Marées Terrestres, 135 p.
[9] Orlov V.A., Panov S.V., Parushkin M.D., Fomin Y.N., Study of superlong-period oscillations of earth by high-sensitive laser method. 2012 11th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, APEIE 2012 -Proceedings 2012. С. 16-20.
[10] S V Panov, M D Parushkin, V M Semibalamut and Yu N Fomin, Features of tidal deformations before strong distant and closely spaced regional earthquakes. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 206 (2018) C. 012049.
[11] Parushkin M.D., Panov S.V., Fomin Y., Semibalamut V.M., Empirical mode decomposition method in deformation measurement data processing. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "Geodynamics and Stress State of the Earth's Interior, GSSEI 2017" 2018. C.012043.
[12] V.A. Zhmud, V.M. Semibalamut, L.V. Dimitrov, A.V. Taichenachev. Heterodyne Signal Filtering for Laser Measuring Systems. 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference "Informatics, Geoinformatics and remote sensing" SGEM 2018. Conference proceedings. Vol.18. Issue 2.2. Informatics, Geoinformatics. Albena, Bulgaria. P. 227-234. ISBN 978-619-7408-40-9. ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2.
[13] V.A. Zhmud, V.M. Semibalamut, L.V. Dimitrov, A.V. Taichenachev. The Phase Locking System for the Frequency Locking of Lasers for Geoinformatics. 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference
"Informatics, Geoinformatics and remote sensing" SGEM 2018. Conference proceedings. Vol.18. Issue 2.2. Informatics, Geoinformatics. Albena, Bulgaria. P. 491-498. ISBN 978-619-7408-40-9. ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2.
[14] Жмудь В. А. Modelling Researches of the limitations for Fault-Tolerance Measurements of Ultra Small Displacements and Vibrations / В. А. Жмудь, Д. О. Терешкин // Proceedings of the Asian Conference on Modelling, Identifiacation and Control (ASIA-MIC - 2012), P.1-11, DOI:10.2316/P.2012.769-026.
[15] Goncharenko A.M., Vasil'ev V.A., Zhmud' V.A. Method of sensivity rise of laser vibrometers. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing (Avtometria). 2003. 39(2), P. 43-47.
[16] V. A. Zhmud, A. M. Goncharenko. Modern problems of high-precision measurements of the phase differences. Proc. of Intern. Conf. "Actual problems of electronic instrument engineering" (APEIE-2016): Novosibirsk, Oct., 3-6, 2016: in 12 V. - V. 1, part 1. - P. 314-318. - ISBN 978-5-77822991-4.
[17] Vasil'ev, V.A., Zhmud', V.A., Il'yanovich, Yu.N., Semibalamut, V.M., Fomin, Yu. N. Detection of the increment of an instantaneous phase in a longbase laser meter of small vibrations. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2002. 45(4), P. 97-100.
[18] Modification of software for the control of laser measurer of super small deformations. Zhmud, V., Tereshkin, D. 2013. 8th International Forum on Strategic Technology 2013, IFOST 2013 -Proceedings P. 260 - 264.
[19] Zhmud, V., Semibalamut, V., Dimitrov, L.,Taichenachev, A. Modification of optoelectronic intellectual systems for absolute measurements in monitoring of earth seismic dynamics. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2017. 17(21), P. 999-1004.
[20] Zhmud, V., Semibalamut, V., Dimitrov, L., Fomin, Y. The increase of the accuracy of the laser-based measurement of ultra-low tidal deformation of rocks. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2017. 17(21), P. 1069-1076.
[21] Zhmud, V.; Semibalamut, V.; Dimitrov, L.; et al. Optoelectronic Intellectual Systems for Monitoring of Earth Seismic Dynamics: Results and Developing Directions. Proc. of 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2016): Albena, Bulgaria: Jun 30-Juel 06, 2016. International Multidisciplinary Scientific GeoConference-SGEM. Vol. III. P.567-574.
[22] Zhmud, V.; Semibalamut, V.; Dimitrov, L.; et al. Software Structure for the Laser Sensor of Earth Crust Lunar-Solar Tide Deformations. Proc. of: 16th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM 2016). Albena, Bulgaria: Jun 30-Juel 06, 2016. International Multidisciplinary Scientific GeoConference-SGEM. Vol. III. P. 615-622.
[23] V.A. Orlov, S.V. Panov, M.D. Parushkn, Yu.N. Fomin, S.Zh. Tokmoldin, I.S. Nevmerzhitskiy, N.B. Uzbekov, D.O. Tereshkin. Spaced highsensitive laser deformographic observations in studying super-long period oscillations of the Earth. Proc. of the conference: Geodynamics and Stress State of the Earth's Interior, 3 October, 2011, Novosibirsk, Vol. 1. P. 145-150. Yury N. Fomin
Siberian Branch of the Federal Research Center "United Geophysical Service of the Russian Academy of Sciences" (SIBGSRAS), Chief of Laser sector, 630090, Novosibirsk, pr. Ak. Lavrentieva 13/3, D. Sc., phone (383)333-38-41 E-mail: [email protected]
Vadim Zhmud - Head of the Department of Automation in NSTU, Professor, Doctor of Technical Sciences.
E-mail: oao [email protected]
630073, Novosibirsk, str. Prosp. K. Marksa, h. 20
Vladimir Semivalamut - PhD, Director of Siberian Branch of the Federal Research Center United Geophysical Service of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia
E-mail: [email protected]
Sergei V. Panov
Institute of Laser Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences RAS, pr. Lavrentieva 13/3, Novosibirsk, 630090, Senior Scientific worker, phone (383)333-30-72 E-mail: [email protected]
Michel D. Parushkin
Institute of Laser Physics of Siberian Branch RAS, pr. Lavrentieva 13/3, Novosibirsk, 630090, Scientific worker, phone (383)333-30-72. E-mail: [email protected]
Dr. of Techn. Sci. Lubomir Dimitrov.
Full Professor.
Technical University of Sofia, Faculty of Mechanical Engineering, Bulgaria
Mechatronics, Adaptive and optimal control, Intelligent diagnostic and control systems, MEMS. E-mail: lubomir dimitrov@tu-
sofia.bg
The paper was received on01.2019.
