Диссертация (Связь между атмосферно-электрическими и геоакустическими возмущениями на Камчатке), страница 8

Совместные атмосферно-электрические и геоакустические наблюдения и ихаппаратно-программная реализация1.3.1. Актуальность проведения совместных наблюденийВоздействие литосферы на атмосферу является составной частью взаимодействия твердой и газообразной геосферных оболочек. Оно определяется динамикой литосферных процессов и происходит интенсивно на границе соприкосновения геосфер, где значительны потоки в воздух массы и энергии.

При этом наблюдаются трансформация и перераспределение энергии между различными геофизическими полями. Наиболее сильно литосферно-атмосферное воздействиепроявляется в сейсмоактивных регионах на заключительной стадии подготовкиземлетрясений, когда усиливается деформирование пород [1, 2, 16, 20, 79, 80].Согласно [49], при активизации деформационных процессов повышаетсяскорость деформирования и появляются подвижки в породах, что приводит кгенерации геоакустической эмиссии повышенной интенсивности. Наиболее яркотакиеэффектынаблюдаютсяназаключительнойстадииподготовкиземлетрясений.

Учитывая это, геоакустическую эмиссию можно считатьдостаточно эффективным индикатором изменения напряженно-деформируемогосостояния среды в пункте наблюдения.41В сейсмоактивных регионах при спокойной погоде регистрируются аномальные возмущения атмосферного электрического поля у поверхности земли,которые связаны с деформированием приповерхностных пород и возникают в зоне подготовки землетрясений [62].

Результаты геоакустических исследований наКамчатке [36, 37] показали, что при усилении деформирования приповерхностных осадочных пород так же возникают аномальные возмущения высокочастотной геоакустической эмиссии, имеющие аналогичное с аномалиями АЭП времяупреждения. Общая деформационная природа тех и других возмущений вместе содинаковыми особенностями их проявления служат основанием для совместногоисследования связи между аномальными возмущениями АЭП и ГАЭ [46].1.3.2. Аппаратно-измерительный комплекс для проведения совместныхатмосферно-электрических и геоакустических наблюденийДля исследования связи между разными по своей природе геофизическимиполями, которыми являются атмосферное электрическое поле и геоакустическаяэмиссия необходимо создание специальной системы комплексных наблюдений.Важной особенностью таких наблюдений является необходимость измерения исследуемых полей в пункте, где отсутствуют источники техногенных помех.

В условиях современной человеческой деятельности это можно реализовать созданием в таком пункте автономно работающего комплекта измерительной аппаратуры,информация с которого передается на другой, стационарный комплект, где обрабатываются и хранятся получаемые данные.В настоящее время системы для проведения комплексных атмосферноэлектрических и геоакустических наблюдений отсутствуют. Поэтому был разработан и реализован аппаратно-измерительный комплекс, блок-схема которого показана на рис. 1.14. Комплекс состоит из двух пространственно разнесенных аппаратно-программных частей: автономной части в пункте наблюдений, где, какбудет рассмотрено ниже, отсутствуют техногенные помехи для АЭП и ГАЭ, истационарной части, находящейся в здании Института космофизических исследо-42ваний и распространения радиоволн (Институт).

В первой части комплекса осуществляются измерение АЭП и ГАЭ, оцифровка, запись и передача данных настационарную часть, а во второй – их прием, предварительная обработка и последующее хранение для углубленного анализа, а также оперативный контроль работы первой части комплекса. Для связи между частями комплекса организованасеть RadioEthernet, которая состоит из четырех радиомодемов с антеннами.Рис. 1.14. Блок-схема аппаратно-измерительного комплекса для совместнойрегистрации атмосферного электрического поля (АЭП), геоакустической эмиссии (ГАЭ) и метеовеличин.Аппаратно-программная часть комплекса в пункте наблюдений состоит изподсистем регистрации АЭП и ГАЭ.

В связи с тем, что при плохой погоде, особенно во время дождя и сильного ветра, возникают значительные возмущениягеоакустической эмиссии [35, 36] и атмосферного электрического поля [22, 23, 87]при анализе данных необходимо учитывать влияние метеорологических процессов.

Поэтому к подсистемам регистрации АЭП и ГАЭ добавлена подсистема регистрации метеорологических величин, в качестве которой использована цифровая метеостанция Conrad WS-2300. Все три подсистемы регистрации являютсяаппаратно независимыми, так как содержат разные первичные преобразователиизмеряемых геофизических полей, разные устройства оцифровки получаемыхсигналовиразныепрограммырегистрацииоцифрованныхданных.43Синхронизация времени всех подсистем регистрации осуществляется по сигналамGPS-приемника.Подсистема регистрации атмосферного электрического поля в пункте наблюдений создана на базе датчика «Поле-2М», представлена и подробно описанав п. 1.1.3. Подсистема регистрации геоакустической эмиссии в пункте наблюдений, ее структурная схема и подробное описание работы приведены в п.

1.2.3.Аппаратно-программная часть комплекса, находящаяся в Институте (стационарная часть) состоит из трех подсистем: подсистемы сбора и хранения данных, подсистемы их обработки и подсистемы оперативного контроля работы автономной части (рис. 1.14).Подсистема сбора и хранения данных включает в себя программное обеспечение, которое осуществляет сбор получаемых в пункте наблюдений данных,обеспечивает их централизованное хранение и безопасный доступ. Передача данных по радиоканалу может прерываться иногда при плохой погоде или при кратковременном отключении электропитания.

Поэтому разработанное программноеобеспечение позволило автоматизировать процесс передачи данных с пункта наблюдений и максимально сократить потери информации.Окончательная обработка данных производится в подсистеме обработкиАЭП и ГАЭ (рис. 1.14). Здесь, в лицензионной среде MATLAB, создано и функционирует программное обеспечение, которое позволяет проводить сравнительный анализ геоакустической эмиссии и атмосферного электрического поля с учетом поведения метеорологических величин. Для более детального анализа отбираются данные, полученные в периоды спокойной погоды.

Исследуется корреляционная связь между возникающими иногда возмущениями геоакустическойэмиссии и атмосферного электрического поля. Используется лицензионная средаSTATISTICA.Подсистемой оперативного контроля осуществляется мониторинг функционирования измерительной аппаратуры и программного обеспечения в пунктенаблюдений(рис.1.14).Этаподсистемарешаетзадачиудаленногоадминистрирования и оперативного контроля подсистем регистрации. Каждые4410 минут она визуализирует на сервере Института экраны компьютеров, находя-щихся в удаленном пункте наблюдений.1.3.3.

Организация совместных атмосферно-электрических и геоакустическихнаблюденийСовместные атмосферно-электрические и геоакустические наблюденияпроводились в летне-осенние периоды, так как на Камчатке по причине сложныхпогодных условий и длительного наличия снежного покрова невозможны измерения атмосферного электрического поля у поверхности земли в период с ноября поиюнь. Стационарная часть аппаратно-измерительного комплекса была установлена в здании Института. Автономная часть комплекса в разное время находилась впунктах наблюдений «Микижа» и «Карымшина».С 2005 года автономная часть аппаратно-измерительного комплекса для совместных геоакустических и атмосферно-электрических наблюдений была установлена в пункте «Микижа» (52.990 с.ш., 158.230 в.д.), находящемся в 2.9 км запад–северо–западнее Института. Карта района этого пункта приведена на рис.1.15.

Ближайшим местом деятельности человека, которое может быть источникомпомех при проведении геоакустических и атмосферно-электрических измерений,является база отдыха «Голубая Лагуна». Она расположена вблизи озера Микижа иудалена от пункта «Микижа» примерно на 500 м.

Пункт «Микижа» закрыт от этойбазы довольно большим, выдвигающимся в озеро, мысом, на котором растет лес.Поэтому в пункте «Микижа» нет прямой видимости базы отдыха и нет слышимости возникающих на ней высокочастотных акустических шумов. Котельной, которая может быть источником аэрозольного загрязнения воздуха, вызывающеговозмущения атмосферного электрического поля, на базе «Голубая Лагуна» такженет, поскольку отопление всех зданий осуществляется термальной водой.

В соответствии с решением губернатора Камчатского Края для проведения научных исследований на озере Микижа соблюдается режим тишины, который выполняетсяи на базе отдыха. Все лечебно-оздоровительные мероприятия для отдыхающих45проводятся на этой базе в собственных бассейнах, удаленных от озера. Водномоторные средства передвижения по озеру не используются.