Диссертация (Связь между атмосферно-электрическими и геоакустическими возмущениями на Камчатке), страница 11

Однако значения коэффициента корреляции rs в ней(табл. 2.3) близки к его значениям между электрическим полем и интенсивностью64дождя (табл. 2.2), влияние которого на электрическое поле считается наиболеесильным в атмосферном электричестве [22, 87]. Наличие более сильной связимежду аномальными возмущениями электрического поля и геоакустическойэмиссии видно из рис. 2.3, 2.4. Занижение ее происходит в результате использования среднечасовых значений величин.Таблица 2.3. Параметры фоновой ( Ps < Ps* ) и тектонической ( Ps >компонент связи между среднечасовыми значениями электрического поляакустического давления Ps .

Примечание. n – число пар V ' и Ps ,коэффициент корреляции Спирмена, p – его уровень значимости.Эксперимент 2006,Эксперимент 2007,компонента связикомпонента связиPs* )V' иrs –Параметр фоновая тектоническая фоновая тектоническаяn969501792653rs0.11–0.27–0.15–0.23p<0.001<0.001<0.001<0.0012.3 Деформационная природа одновременных аномальных возмущенийатмосферного электрического поля и геоакустической эмиссииВ условиях активно протекающего на Камчатке сейсмотектонического процесса наиболее вероятной причиной обнаруженной связи является изменение напряженно–деформируемого состояния приповерхностных пород.В 2009 г. для подтверждения деформационной природы связи между возмущениями V ' и Ps совместные атмосферно-электрические и геоакустические исследования были продолжены в пункте наблюдений «Карымшина». Здесь, в зонепересечения разноранговых разломов, была создана автономная часть аппаратнопрограммного комплекса для совместных атмосферно-электрических и геоакустических наблюдений, состоящая из подсистем регистрации АЭП, ГАЭ и метеовеличин, дополненная подсистемой регистрации деформации земной поверхности65(рис.

1.16). Измерялись градиент потенциала атмосферного электрического поля,геоакустическая эмиссия, деформация земной поверхности и метеорологическиевеличины [48].Для геоакустических измерений использовался пьезокерамический гидрофон, установленный в искусственном водоеме размером 1×1×1 м3 и ориентированный вертикально вниз. Рассматривалось накопленное за 4 с в диапазоне 0.7–2.0 кГц акустическое давление Ps .

Градиент потенциала V ' атмосферного элек-трического поля измерялся на высоте 7 см от поверхности земли электростатическим флюксметром "Поле-2М". Для регистрации деформации земной поверхности использовался лазерный деформограф-интерферометр с чувствительностью10-11 м. Частота измерений была 860 Гц, а их точность, с учетом влияния метео-рологических процессов, не хуже 10-7 . Рассматривалась относительная деформация пород ε . Для анализа ее динамики использовались первые разности, вычисленные по усредненным на секундном интервале соседним значениям ε . Онипринимались в качестве оценки скорости деформации пород ε& .В период 1–18 октября 2009 г.

при слабо меняющемся атмосферном давлении, отсутствии дождя, сильного ветра зарегистрировано пять случаев одновременных возмущений геоакустической эмиссии и электрического поля. Они происходили во время многочисленных знакопеременных подвижек приповерхностных пород, возникавших на фоне их сравнительно медленного растяжения. Наличие таких подвижек, которые регистрировались в пункте «Карымшина» и раньше[26], хорошо видно на графике скорости деформации ε& (рис. 2.9). Наблюдаетсясвязь между возмущениями акустического давления Ps , градиента потенциала V 'и поведением ε& , которая особенно заметна в 18–19 ч 16 октября (рис. 2.9б).

Онасвидетельствует, что появление этих возмущений связано с динамикой деформирования приповерхностных пород. Возмущения V ' регистрировались в виде егоуменьшения вплоть до изменения знака с последующим восстановлением примерно до прежнего уровня (рис. 2.9а), а также – с положительным увеличениемпосле восстановления (рис. 2.9б). Такие двухполярные возмущения V ' во время66возмущений Ps наблюдались и ранее (см. рис.

2.1, рис. 2.2). В четырех зарегистрированных случаях сжатия пород, несмотря на такие же скорости деформации ипогодные условия, возникали только возмущения высокочастотной геоакустической эмиссии [48].Рис. 2.9. Поведение относительной деформации приповерхностных пород ε ,ее скорости ε& , акустического давления Ps в диапазоне частот 0.7–2.0 кГц, градиента потенциала V ' электрического поля, скорости ветра U , атмосферного давления Pa 14 (а) и 16 (б) октября 2009 г. Увеличение ε соответствует растяжению.Такимобразом,появлениеаномальныхвозмущенийатмосферногоэлектрического поля у поверхности земли и высокочастотной геоакустическойэмиссии связано с динамикой деформирования приповерхностных осадочныхпород.

Аномалии зарегистрированы в сейсмоактивном регионе в условияхспокойной погоды при деформациях пород на два порядка больше приливных.672.4. Заключение к главе 2В результате натурных исследований зарегистрированы одновременныеаномальные возмущения атмосферного электрического поля у поверхности землии высокочастотной геоакустической эмиссии.Обнаружена связь между аномальными возмущениями атмосферногоэлектрического поля у поверхности земли и высокочастотной геоакустическойэмиссии приповерхностных осадочных пород.

Характерной особенностьюпроявления связи является уменьшение градиента потенциала поля вплоть доизменения знака и последующее восстановление, через некоторое время,примерно до прежнего уровня. Это наблюдается при значительных, как правило, срезким началом и длительностью больше несколько минут возмущенияхакустического давления.Используя непараметрические методы корреляционного анализа, исследована связь между среднечасовыми значениями атмосферного электрическогополя, геоакустической эмиссии и метеовеличин.

После исключения случаевплохой погоды, а также выделения слабого влияния неучтенных метеорологических и других факторов в экспериментах 2006 и 2007 гг. обнаруженастатистически высокозначимая корреляционная связь между возмущениямиэмиссии и поля.Одновременные аномальные возмущения атмосферного электрическогополя у поверхности земли и высокочастотной геоакустической эмиссии возникают в сейсмически спокойные периоды и на заключительной стадии подготовки землетрясений. Их появление связано с динамикой деформированияприповерхностных осадочных пород.68Глава 3. Результаты исследований предсейсмических возмущений атмосферногоэлектрического поля и геоакустической эмиссииВ сейсмоактивных регионах при спокойной погоде регистрируются аномальные возмущения атмосферного электрического поля (АЭП) у поверхностиземли, которые возникают в зоне подготовки землетрясений и связаны с деформированием приповерхностных пород [62].

Они наблюдаются в интервале до полутора суток перед землетрясениями и удалении – первые сотни километров отэпицентра. Результаты геоакустических исследований на Камчатке [36, 37] показали, что при усилении деформирования приповерхностных осадочных породвозникают аномальные возмущения высокочастотной геоакустической эмиссии(ГАЭ), которые наблюдаются на частотах единицы килогерц и имеют аналогич-ное время упреждения. Совместные атмосферно-электрические и геоакустическиеизмерения [63] свидетельствуют о том, что аномальные возмущения этих геофизических полей возникают в сейсмически спокойные периоды и на заключительной стадии подготовки землетрясений, и связаны с динамикой деформационногопроцесса приповерхностных осадочных пород. Поэтому представляет интересрассмотреть статистику появления таких возмущений перед землетрясениями какв атмосферном электрическом поле, так и в геоакустической эмиссии.Для анализа предсейсмических возмущений использован длительный непрерывный ряд геоакустических измерений в период с 2003 по 2012 гг.

с пункта«Микижа» и данные измерений АЭП, произведенные в летне-осенние периоды2005-2008 гг. в пункте «Микижа» и 2009-2012 гг. в пункте «Карымшина». Ано-мальные возмущения геоакустической эмиссии и атмосферного электрическогополя сопоставлялись с каталогом землетрясений Камчатского филиала Геофизической службы РАН, далее по тексту региональный сейсмический каталог(http://www.emsd.ru/ts/).693.1 Критерии выделения аномальных возмущений геоакустической эмиссии иатмосферного электрического поляАнализ данных геоакустических наблюдений в сейсмоактивных регионахпоказал, что перед сильными землетрясениями иногда регистрируются аномальные возмущения геоакустической эмиссии, которые проявляются в виде резкогоповышения интенсивности акустических шумов в килогерцовом диапазоне частот[35, 36, 52].

Они возникают при усилении деформирования приповерхностныхосадочных пород в результате относительных микросмещений их фрагментов.Поэтому геоакустическую эмиссию можно рассматривать как индикатор активизации деформационного процесса в породах [49].Анализ данных геоакустических наблюдений в пункте «Микижа» в период2003–2007 гг. показал, что регистрируемые аппаратурой возмущения ГАЭ могутбыть обусловлены воздействием метеорологических и техногенных факторов идеформационными процессами [45]. Поэтому при дальнейшем анализе рассматривались только возмущения геоакустической эмиссии, зарегистрированные в условиях спокойной погоды (слабоменяющееся давление, отсутствие дождя и ветрабольше 6 м/с).Анализ поведения геоакустической эмиссии в условиях спокойной погодыпоказал, что все возмущения, регистрируемые перед землетрясениями, можноразделить на два типа:1.

Длительные возмущения с резким увеличением среднего уровня сигнала(рис. 3.1а);2. Возмущения импульсного характера с отдельными квазипериодическимисигналами длительностью не более 200 мс (рис. 3.2а).Те и другие возмущения проявляются в накопленном за 4 с акустическомдавлении Ps на выходе ЭВМ 2 (рис. 1.13) в килогерцовых диапазонах частот.На основе результатов анализа широкополосных геоакустических данных,накапливаемых на ЭВМ 1 (рис. 1.13), выявлено, что длительность акустическихвозмущений,обусловленныхтехногеннымвоздействием,чащевсегоне70превышает 15 минут.

Поэтому для выделения возмущений первого типа в качестве сигналов деформационной природы рассматривались возмущения ГАЭ длительностью более 15 минут.За период наблюдений 2003–2007 гг. было выделено 266 возмущений первого типа. Анализ этих возмущений показал, что их амплитуда, усредненная наинтервале 5 мин, более чем в 4 раза превышает значение среднего акустическогодавления Ps в фоновый период. В качестве фонового периода наблюдений ГАЭвыбирался наиболее спокойный период за сутки, который рассматривался в ближайшие десять дней до возмущения [51].Таким образом, на основе анализа возмущений ГАЭ первого типа предложены критерии для их выделения: уровень амплитуды, усредненной в интервале 5мин, должен превышать значение фонового уровня ГАЭ более чем в 4 раза, а длительность возмущения должна быть не менее 15 мин.