Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследования литосферных деформаций средствами большебазовой лазерной интерферометрии

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследования литосферных деформаций средствами большебазовой лазерной интерферометрии"

РГ6 од

О з ФЕЗ 1937

На правах рукописи

НЕСТЕРОВ Владимир Викторович

ИССЛЕДОВАНИЯ БИОСФЕРНЫХ ДЕФОРМАЦИИ СРЕДСТВАМИ Б01ЫПЕБА30В0Я ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

(Специальность 04.00.22 - физика твердой Земли)

Автореферат . диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

А

На правах рукописи

Н

НЕСТЕРОВ Владимир Викторович

/

ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЮСФЕРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ СРЕДСТВАМИ Б01Ы1ЕБА30В0Й ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

(Специальность 04-00.22 - физика твердой Землш)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Работа выполнена в Симферопольском гссударстзэнном университете Министерства образования Украины

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук 1атынина I.A.

Доктор физико-математических наук, Рыкунов I.H. чл.корр.РАН, профессор

Доктор физико-математических наук, Адушсин В.В. профессор

Ведущая организация: ¡Институт геофизики им.С.И.Субботина HAH Украины

Защита диссертации состоится " 26 " февраля 1997 г.

в "_12_" часов на заседании Специализированного Совета Д002.08.02 по присуждению ученой степени доктора наук при Объединенном Институте физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН по адресу: 123310, Москва, Д-242, Б.Грузинская ул., 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института физики Земли РАН.

Автореферат разослан " 21 " января_1997 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат физико-математических

наук А.М.Артамонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена исследованию литосферных деформаций средствами большебазовой лазерной интерферометрии. В работе использованы экспериментальные и теоретические методы, так как в совокупности эти методы дает более полное представление о предмете исследования и являются наиболее убедительным доказательством достоверности защищаемых в диссертации положений.

Создание прецизионных болыпебазовых лазерных интерферомет-рических комплексов и теоретических основ их применения в качестве деформографов и сейсмографов позволило разработать ряд новых методов геофизических измерений.

Организация непрерывных многолетних наблюдений литосферных деформаций большебазовыми лазерными интерферометрами и выполненные теоретические исследования дали возможность исследовать новое явление - сверхдлиннопериодные литосферные деформации, а также получить новые результаты при исследованиях приливных деформаций и собственных колебаний Земли.

В диссертации представлены результаты исследований литосферных деформаций в диапазоне периодов от 10~3 секунды до одного года, полученные на основании наблюдений большебазовыми лазерными интерферометрами за время с 1987 г. по Î996 г.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Исследования литосферных деформаций являются одним из наиболее перспективных путей получения информации о строении Земли и решения задач современной геодинамики. Измерения литосферных деформаций - один из наиболее перспективных методов прогнозирования возможных землетрясений.

Первые механические деформографы появились в конце прошлого века. В настоящее время деформографические измерения получили широкое распространение. Деформографы используются для регистрации сейсмических волн, лунно-солнечных приливов, собственных колебаний Земли и движений, которые испытывает литосфера под влиянием эндогенных, экзогенных и техногенных процессов.

Большебазовые лазерные интерферометры являются наиболее перспективными средствами исследования литосферных деформаций, сочетающими такие качества как высокую точность, широкий частотный и динамический диапазоны, бесконтактность и возможность измерения при больших базах.

В настоящее время в геофизических исследованиях применяются

как механические так и лазерные деформографы.

Вместе с тем, остается актуальным создание прецизионных, широкополосных, многофункциональных, простых, надежных и дешевых большебазовых лазерных интерферометрических систем для геофизических исследований, а также разработка новых методов геофизических исследований средствами большебазовой лазерной интерферометрии.

Долговременные прецизионные измерения лигосферных деформаций в широком частотном и динамическом диапазонах средствами большебазовой лазерной интерферометрии в совокупности с теоретическими исследованиями позволяют расширить круг изучаемых явлений и реализовать новые методы'геофизических измерений.

ЦЕЛЬ И ЗА1АЧИ РАБОТЫ. Цель настоящей работы состоит в теоретических и экспериментальных исследованиях лигосферных деформаций в широком частотном и динамическом диапазонах на основе использования методов и средств большебазовой лазерной интерферометрии.

В соответствии с этим были поставлены следующие задачи.

1. Разработать прецизионные большебазовые лазерные интерферометрические комплексы, а также методики их установки и проведения измерений. Установить их на пространственно разнесенных станциях и организовать непрерывные долговременные наблюдения.

2. Исследовать корреляцию измеряемых интерферометрами деформаций с важнейшими метеорологическими характеристиками - температурой, атмосферным давлением и количеством осадков.

3. Разработать теоретические основы применения болыпебазо-вых лазерных интерферометров в качестве прецизионных деформогра-фов и сейсмографов. Разработать новые интерферометрические способы измерения фазовых скоростей и направлений распространения сейсмических волн.

4. Провести исследования фонового уровня деформационных ли-тосферных колебаний в широком диапазоне частот.

5. Провести экспериментальные и теоретические исследования сверхдлиннопериодных лигосферных деформаций и разработать физико-математическую модель возникновения таких деформаций.

6. Исследовать корреляцию амплитуд сверхдлиннопериодных ли-тосферных деформаций, регистрируемых в Черноморском регионе, с сейсмичностью этого региона.

.. 7. Разработать новые интерферометрические методики измере-

ния параметров приливной деформации и собственных колебаний. Зем- .ли.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Разработаны новые конструкции и системы регистрации болыпебазовых лазерных интерферометров. Обоснована целесообразность и перспективность их использования в геофизических исследованиях.

2. Разработаны новые методики установки и проведения измерений большебазовыми лазерными интерферометрами, которые позволили существенно уменьшить метеорологические погрешности измерений и, практически, исключить погрешность, связаннув с нестабильность!) частоты излучения лазера.

3. Разработаны теоретические основы применения большебазо-бых лазерных интерферометров в качестве прецизионных сейсмографов и деформографов.

4. Разработаны новые способы измерения фазовых скоростей и направлений распространения некоторых типов сейсмических волн, основанные на совместных измерениях сейсмических колебаний лазерными интерферометрами и сейсмографами.

5. Двумя одинаковыми разношечными лазерными интерферометрами, установленными на одной' станции, получены многолетние непрерывные записи литосферных деформаций и установлено, что:' долговременный аппаратурный дрейф разработанных интерферометров не превышает 2,5-10~в год"1; коэффициент корреляции регистрируемой интерферометрами деформации с температурой на поверхности земли достигает максимального значения « 0,9 при времени запаздывания деформации от температуры « 400 суток, что соответствует времени распространения температурной волны с периодом в один год от поверхности земли до глубины, на которой установлены интерферометры.

6. Для различных интерфэрометрических станций получены по большому количеству реализаций оценки спектральной плотности мощности литосферных деформаций в диапазоне частот (5-10"® + 103)Гц. Получены эмпирические Формулы для оценки спектральной плотности мощности литосферных деформаций в широком диапазоне частот.

7. На основании экспериментальных исследований, аналитических оценок и численных расчетов установлено, что одной из причин возникновения квазиустойчивых максимумов в спектрах литосферных

деформаций в диапазоне периодов собственных и сверхдлиннопериод-ных колебаний Земли являются собственные колебания уровня жидкости в крупных ограниченных водоемах.

8. На основании экспериментальных исследований, аналитических и численных оценок установлено наличие корреляции амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, регистрируемых в Черноморском регионе, с сейсмичностью этого региона.

9. В спектрах литосферных деформаций, регистрируемых установленными в районе г.Севастополя интерферометрами, впервые обнаружены квазиустойчивые ■ спектральные максимумы с периодами, близкими к инерционному (для широты Черного моря). На основании теоретических расчетов и экспериментальных исследований показано, что возникновение таких спектральных максимумов может быть вызвано гироскопическими модами собственных колебаний уровня воды в Черном море.

10. Разработана физико-математическая модель, позволяющая объяснить возрастание амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, предшествующее землетрясениям.

11. Разработан новый интерферометрический способ измерения числа Шида-Ламберта, позволяющий проводить высокоточные измерения этого числа независимо для суточных и полусуточных компонент прилива. Измеренные значения числа Шида-Ламберта для суточных и полусуточных компонент прилива соответственно равны (0,0722 ± 0,0032 > и (0,1144 ± 0,0048 ).

12. Разработана методика измерения амплитуд тангенциальных компонент смещений в модах собственных колебаний Земли равно-плечным лазерным интерферометром. Получены оценки сверху значений фонового уровня амплитуд тангенциальных смещений в компонентах мультиплета о32т.

НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Разработаны теоретические основы применения большебазовых лазерных интерферометров в качестве прецизионных деформографов и сейсмографов, а также новые интерферометрические способы измерения фазовых скоростей и направлений распространения сейсмических волн. Исследовано новое явление - сверхдлиннопериодные литосферные деформации, а также получены новые результаты при исследованиях приливных деформаций и собственных колебаний Земли. Обнаружено наличие у сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, регистрируемых в Черноморском регионе, свойств краткосрочного предвестника для

землетрясений этого региона. Получены эмпирические формулы для оценки среднего уровня спектральной плотности мощности литосферных деформаций в диапазоне частот (5-10"® + Ю3) Гц.

Разработаны уникальные по точности, пороговой чувствительности, динамическому и частотному диапазонам, многофункциональные большебазовые лазерные интерферометрические комплексы, которые установлены на пространственно разнесенных станциях (г.Севастополь, Северный Кавказ, О.Шпицберген).

В районе г.Севастополя (бухта Казачья) создана стационарная интерферометрическая станция, на которой установлены разработанные интерферометры и с 1987 г. ведутся непрерывные измерения ли-тосферных деформаций.

Результаты исследований используются в работе Крымского экспертного совета по оценке сейсмической опасности и прогнозу землетрясений при Совете Министров Крыма.

Методические и аппаратурные разработки используется Баксан-ской гравиметрической экспедицией Государственного астрономического института им.П.К.Штернберга при Московском госуниверситете.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ. ВЫНОСШЕ НД ЗАЩИТУ.

1. Совокупность результатов разработки и исследовааннй большебазовых лазерных интерферометрических комплексов (сейсмо-дефсрмографов), установленных на пространственно разнесенных станциях, а также методики их установки и проведения измерений, позволяющие уменьшить погрешности измерений.

2. Одной из причин возникновения квазиустойчивых спектральных максимумов литосферных деформаций в диапазоне периодов собственных и сверхдлиннопериодных колебаний Земли являются собственные колебания уровня жидкости крупных ограниченных водоемов.

3. Наличие корреляции динамики амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций (в диапазоне периодов от 2 до 18 часов), регистрируемых в Черноморском регионе, с сейсмичностью этого региона.

4. Теоретические основы применения большебазовых лазерных интерферометров в качестве прецизионных сейсмографов и деформо-графов.

Б. Новые способы измерения фазовых скоростей и направлений распространения некоторых типов сейсмических волн, основанные на совместных измерениях сейсмических колебаний лазерными интерферометрами и сейсмографами.

-66. Эмпирические выражения для оценки спектральной плотности мощности литссферных деформаций в широком диапазоне частот (от 5-Ю-6 до 102 Гц), полученные средствами болыпебазовой лазерной интерферометрии.

7. Равноплечный лазерный интерферометр, установленный на поверхности Земли, позволяет проводить прецизионные измерения числа Шида-Ламберта независимо для суточных и полусуточных компонент прилива, а также измерения амплитуд тангенциальных смещений в модах собственных колебаний Земли.

АПРОБАМЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на семинаре Совета по прикладной геофизике (г.Москва, 1990 г.), на семинаре отделов региональных проблем геофизики, тектоники, современной геодинамики и геотермии Института геофизики АН Украины (г.Киев, 1993 г.), на семинарах отдела сейсмологии Института геофизики АН Украины (г.Симферополь, 1987 г., 1990 г.), на заседаниях 12-й - 14-й сессий Научного Совета по проблеме "Геодинамика и прогноз землетрясений" (г.Киев, 1992 - 1994 гг.), а также на различных всесоюзных и международных конференциях и школах.

ИЧНЫЙ ВК1АЛ АВТОРА. Основные результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

Автор осуществил постановку задач, дал теоретическое и экс-периментельЕое обоснование основных положений работы.

Все основные экспериментальные исследования и интерпретация полученных результатов выполнены под руководством и при непосредственном участии автора работы.''

Работы по созданию большебазового лазерного интерферометри-ческого комплекса Государственного астрономического института им.П.К.Штернберга Московского госуниверситета (ГАМ МГУ) на Северном Кавказе выполнены совместно с к.т.н. И.П.Ивановым, к.ф.-м.н. В.К.Милюковым и профессором В.Н.Руденко.

Автору принадлежит физико-математическая постановка задачи, на основании которой Ю.Б.Ивановым решена задача численного моделирования сейшевых колебаний Черного моря и вызванных этими колебаниями литосферных деформаций.

Работа выполнена в Симферопольском госуниверситете. -Основная часть экспериментальных исследований выполнена в Геофизической обсерватории Симферопольского госуниверситета под руководст-

вом и при непосредственном участии автора. Самую искреннюю благодарность автор приносит сотрудникам Геофизической обсерватории Симферопольского госуниверситета В.А.Насонкину, А.В.Буклерскому, А.М.Карту, С.Д.Сельникову, Г.Н.Кирчанову, О.В.Боборыкиной, чья помощь и участие сыграли значительную роль при выполнении работы.

Автор считает приятным долгом выразить глубокую благодарность профессору В.Н.Чехову и профессору Ю.Н.Мицаю за консультации и критические замечания.

ОБЪЕМ И ОБШАД СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 248 страниц машинописного текста, 16 таблиц на 15 страницах, 75 иллюстраций на 69 страницах и список литературы из 204 наименований на 19 страницах.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 45 печатных работ, в том числе 1 монография и 14 авторских свидетельств на изобретения и патентов.

СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении диссертации содержится обзор литературы, а также сформулированы: актуальность темы; цель и задачи работы; научная новизна; научная и практическая значимость работы; основные положения диссертации, выносимые на защиту; апробация работы; личный вклад автора; объем и общая структура работы.

1.Болыдебазовые лазерные интерферометры для геофизических

исследований.

В первой главе рассматриваются: новые конструкции большеба-зовых лазерных интерферометров; новые системы слежения за интерференционной полосой; новые методики установки интерферометров; новая методика габаритных расчетов лазерных интерферометров; ин-терферометрические станции, на которых установлены разработанные интерферометры; условия проведения измерений.

Основное внимание уделяется разработанному в Симферопольском госуниверситете болынебазовому лазерному интерферометричес-кому комплексу Б1ИК-2, предназначенному для геофизических иссле-

дований. В комплексах БШК-2 используются стабилизированные по частоте одномодовые двухчастотные лазеры с внутренними зеркалами Д'Н-303.

Рассмотрена интерференция излучения лазера 1ГН-303 в интерферометрах . майке льсоновского типа и показано, что видность интерференционной картины имеет максимальные значения при оптической разности хода в плечах интерферометра, равной нули либо кратной удвоенной оптической длине резонатора лазера.

Впервые получены аналитические выражения для амплитуд переменных составляющих интерференционного сигнала при интерференции гауссовых лазерных пучков в интерферометре майкельсоновского типа. Показано, что амплитуда переменной составляющей интерференционного сигнала при интерференции мод Эрмита-Гаусса и Ляггера-Гаусса является функцией от безразмерного параметра (А.-Б и02) (где А. - длина волны излучения лазера; Б - оптическая разность хода в плечах интерферометра; иу0 - радиус "перетяжки" гауссова лазерного пучка). На основании полученных аналитических выражений разработаны новая методика габаритных расчетов большебазовых лазерных интерферометров и новые способы выставления равенства длин оптического пути в плечах интерферометров.

Рассмотрены возможности применения одномодовых и многоходовых оптических световодов для ввода излучения в большебазовые лазерные интерферометры.

Разработан новый способ установки равенства длин оптического пути в плечах интерферометра с точностью до долей микрона при сколь угодно больших длинах плеч. Способ основан на использовании частотной модуляции излучения лазера, которая создается путем сканирования длины резонатора лазера по гармоническому закону.

Рассмотрен разработанный в Симферопольском госуниверситете многофункциональный автоматизированный болыпебазовый интерферо-метрический комплекс БШК-2, предназначенный для использования в геофизических исследованиях в качестве прецизионного сейсмо-деформографа. Комплекс выполнен в виде набора базовых узлов, конструкция которых позволяет реализовать в лабораторных и полевых условиях различные интерферометрические схемы измерений. Измерительная часть комплекса представляет собой двухлучевой интерферометр майкельсоновского типа с разнесенными пучками. Для уменьшения погрешностей измерений в плечах интерферометров ис-

пользуются светопроводы, изготовленные из стальных толстостенных труб. В комплексе БШК-2 используется новая система слежения за интерференционной полосой , работа которой основана на компенсационном методе с внутренней гармонической модуляцией положения интерференционных полос. В качестве модулирующего и исполнительного элемента используется осциллографический гальванометр типа MOI4-7000 или М014-10000. Частотный диапазон системы слежения за интерференционной полосой начинается от нуля герц и может достигать нескольких килогерц, а динамический диапазон при измерениях деформаций практически неограничен.

В результате лабораторных исследований показано, что система слежения за интерференционной полосой комплекса БМК-2 на частотах свыше 0,5 Гц обеспечивает пороговую чувствительность к изменениям оптической разности хода в плечах разработанных интерферометров, приведенную к единичной полосе частот, не более б-Ю"12 м/Гц1'2.

Описывается созданная в 1986 году Симферопольским госуни-верситетсм в районе г.Севастополя (бухта Казачья) на базе подземных сооружений бывшей 35-й батареи дальнобойных морских орудий стационарная интерферометрическая станция. В наиболее заглубленной части станции на глубине порядка 20 метров в разные периоды времени устанавливались равноплечные и неравноплечные интерферометры, сейсмографы и различная геофизическая аппаратура. На станции устанавливались: неравноплечный 65-метровый интерферометр; неравноплечный метровый интерферометр; равноплечный 6-ти метровый интерферометр; с 1991 года по настоящее время установлены два идентичных равноплечных интерферометрических комплекса Б1ИК-2 с ортогональными одинаково ориентированными плечами длиной по 5,2 м. С 1987 года на станции организованы измерения литосферных деформаций в режиме мониторинга. Описываются конструкция и методики установки интерферометров. При установке равноплечных интерферометров равенство длин оптических путей в плечах интерферометров выставлялось с погрешностью ± 1СГ4 м. Наиболее заглубленная часть станции закрывается большим количеством люков и дверей, что позволяет обеспечивать в измерительном объеме высочайшую стабильность температуры. Как показали результаты многолетних измерений, годовые изменения температуры в измерительном объеме не превышают 0,2 К, а суточные не превышают 4-10-» К.

Описывается болыпебавовый лазерный интерферометрический

комплекс Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга Московского госуниверситета (ГАИШ МГУ). Не-равноплечный интерферометр с длиной плеча 75 метров смонтирован на Северном Кавказе на глубине 400 метров, на расстоянии 650 метров от входа в штольню "Главная" Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН. Особенностью метеорологических условий работы кавказского интерферометра являются значительные температурные вариации, так как по штольне осуществляется поступление наружного воздуха в один из нейтринных телескопов. Суточные изменения температуры могут превышать несколько градусов, а годовые еще больше. По конструкции и техническому исполнению кавказский комплекс во многом похож на комплекс Б1ИК-2. Основным техническим отличием кавказского комплекса является вакуумирование его интерферометрической измерительной части. Уровень вакуумирования может достигать 10~3 -10~4 Па. Модуляция положения интерференционных полос, необхода-мая для работы системы слежения за интерференционной полосой, осуществляется путем гармонической модуляции длины резонатора используемого лазера ИН-303 с частотой 6-Ю"1 Гц. С 1993 года на кавказском комплексе организованы автоматизированные измерения литосферных деформаций в режиме мониторинга.

Описаны основные технические характеристики и условия проведения измерений для комплексов БШК-2, установленных на О.Шпицберген (г.Баренцбург) и на Кольском полуострове (мыс Сеть-Наволок ).

2. Анализ погрешностей измерений бодьшебазовыми лазерными

интерферометрами

Во второй главе проводится теоретический анализ погрешностей измерений литосферных деформаций средствами болыпебазовой лазерной интерферометрии. Анализ погрешностей большебазовых лазерных интерферометров, предназначенных для.прецизионных измерений литосферных деформаций, является одним из важнейших этапов разработки интерферометров, который определяет конструкции интерферометра и методику измерений.

Проводится анализ погрешностей, вызываемых изменениями температуры и атмосферного давления. Такой тип погрешностей принято называть метеорологической погрешностью измерений. Рассматривается погрешность, вызванная нестабильностью частоты излучения лазера, а также другие менее значительные факторы. Во всех рас-

сматриваемых интерфэрсметрах используются светопроводы, изготовленные из стальных труб. Светопровод, в котором находится воздух при давлении, близком к внешнему атмосферному давлению, называется герметизированным. Светопровод, в котором находится воздух при давлении много меньшем атмосферного давления, называется ва-куумированным. Светопровод, в котором давление воздуха равно внешнему атмосферному давлению, называется разгерметизированным. Предполагается, что температура узлов интерферометров одинакова и определяется температурой воздуха в штольне, в которой установлены интерферометры.

Основное внимание уделяется анализу погрешностей и методам их уменьшения для интерферометров с длинами плеч порядка десяти метров. Изготовление и установка таких интерферометров требует минимальных финансовых затрат, что позволяет надеяться на их широкое применение в геофизических исследованиях.

Получены аналитические выражения для изменений геометрических размеров узлов различных конструкций бодьшебазовых лазерных интерферометров при вариациях температуры и атмосферного давления.

Полагая, что измерения проводятся при условиях, близких к стандартным, для зависимости показателя преломления воздуха п от температуры Т (в Кельвинах), атмосферного давления р (в Паскалях) и парциального давления бодяеых паров е (в паскалях) получено выражение:

Р е (п-1)-10в = 78,64 -- 10,48 — .

Т I

Получены аналитические выражения для изменений показателя преломления воздуха в герметизированном светопроводе, вызванных изменениями температуры и атмосферного давления.

Разработана методика анализа погрешностей измерений деформаций болыпебазовыми лазерными интерферометрами.

При анализе метеорологической погрешности измерений учитывались: изменения показателя преломления атмосферного воздуха и воздуха в светопроводах; изменения показателя преломления стеклянных элементов интерферометров; изменения геометрических размеров узлов интерферометров.

Проведен анализ метеорологических погрешностей измерений для комплексов Б1ЙК-2, установленных на севастопольской станции. Показано, что основным источником метеорологической погрешности измерений для этих комплексов является изменение атмосферного

давления. Наибольший вклад в погрешность, связанную с изменениями атмосферного давления, вносит неравенство толщин негерметизированных воздушных промежутков в плечах интерферометров. Для севастопольских комплексов БШС-2 предельная метеорологическая погрешность измерения деформаций (при 61 = ±0,2 К и бр = ±3000 Па) при герметизированных светопроводах составляет ± 1,6-10"э, и при разгерметизированных светопроводах составляет ± 1,3-10_1°. Показано, что предельную метеорологическую погрешность измерений изменения разности длин плеч разработанных равноточных интер-Фэрометров удается уменьшить до значения ±6,8-10-10 м. Показано, что погрешность измерения равноплечными севастопольскими интерферометрами, связанная с нестабильностью частоты излучения лазера ЛГН-ЗОЗ, не превышает 10"12. Для равноточных интерферометров метеорологическая погрешность и погрешность, связанная с нестабильностью частоты излучения лазера, уменьшается с увеличением длин плеч, и эти погрешности следует рассматривать как случайные.

Обоснована целесообразность и перспективность использования разработанных равноплечных негерметизированных интерферометров для прецизионных измерений длиннопериодных литосферных деформаций.

Получены аналитические выражения для описания погрешностей измерений неравноплечного комплекса Б1ИК-2 с герметизированным светопроводом.

Показано, что основным источником погрешностей такого интерферометра является нестабильность частоты излучения лазера 1ГН-303. Показано, что для неравноплечного интерферометра с длиной плеча в несколько десятков метров основным источником температурной погрешности является изменение показателя преломления воздуха в герметизированном светопроводе, а основным источником погрешности, вызываемой изменениями атмосферного давления, является неравенство негерметизированных воздушных промежутков в плечах интерферометра.

Проведен анализ погрешностей неравноплечного кавказского интерферометра. Конструктивной особенностью кавказского интерферометра является отсутствие негерметизированных воздушных промежутков в его плечах. При такой конструкции сам интерферометр начинает оказывать воздействие на измеряемую деформацию. Это воздействие учитывалось при анализе погрешностей.

При измерениях в условиях высокой стабильности температуры

(61 ^ 2-10"2 К) предельная метеорологическая погрешность ваку-умированного неравноплечного интерферометра больше, чем у герметизированного неравноплечного интерферометра. Использование вакуумированных интерферометров для исследования длиннопериодных деформаций целесообразно при больших изменениях температуры (ОТ » 2-10"2 К).

Проведен анализ влияния разработанной системы слежения за интерференционной полосой на пороговую чувствительность интер-ферометрических измерений. Рассмотрены пути уменьшения пороговой чувствительности и показано, что теоретическая пороговая чувствительность системы слежения к изменениям оптической разности хода, приведенная к единичной полосе частот, составляет величину порядка 10"14 м/Гц1'2.

3. Использование бодыдебазовых лазерных интерферометров в качестве препизионных деФормограФов и сейсмографов

В третьей главе разрабатываются теоретические основы применения большебазовых лазерных интерферометров в качестве прецизионных деформографов и сейсмографов.

Рассмотрены различные схемы двухлучевых большебазовых лазерных интерферометров, которые могут быть использованы в геофизических исследованиях для измерения деформаций, наклонов и разности деформаций в двух направлениях.

Показано, что при измерениях в неограниченной сплошной среде для определения изменений шести независимых компонент тензора деформаций необходимо иметь шесть интерферометров, причем любые четыре из интерферометров не должны лежать в одной плоскости и хотя бы один интерферометр должен быть неравноплечным.

Получены основные уравнения для вычисления изменений компонент тензора деформаций при измерениях лазерными интерферометрами, установленными на свободной поверхности упругого, однородного и изотропного полупространства. Показано, что оптимальным для достижения высокой точности измерений является использование двух равношгечных и одного неравноплечного интерферометров.

Представлены многолетние синхронные записи разности деформаций вдоль плеч севастопольских комплексов БШС-2, средней температуры на поверхности земли, вариаций атмосферного давления и количества выпавших осадков.

На основании этих записей установлено следующее: скорость долговременного деформационного дрейфа разработанных интерферо-

кэтров не превышает 2,5-1СГв го,с1; коэффициент корреляции регистрируемой интерферометрами деформации с температурой на поверхности земли достигает максимального значения % 0,9 при времени запаздывания деформации от температуры около 400 суток, которое соответствует времени распространения температурной волны с периодом в один год от поверхности, земли до глубины, на которой установлены интерферометры.

Для интерферометра с произвольными: длинами и ориентацией плеч, установленного на свободной поверхности упругого полупространства , получены аналитические выражения для изменений разности длин его плеч при падении на свободную поверхность гармонической или однородной р-волны, ЗУ-волны, БН-волны, при распространении поверхностной-волны Рэлея и поверхностной волны 1ява.

На основании анализа полученных выражений показано, что интерферометры могут быть использованы в качестве прецизионных ве-лосиметров и акселерометров. Частотный диапазон интерферометри-ческого велосиметра и акселерометра начинается от нуля герц. Пороговая чувствительность равноплечного интерферометрического велосиметра с длинами плеч «Юм, пргведенная к единичной полосе частот, составляет величину » 3-10"э мЛс-Гц1'2) на частотах свыше 0,5 Гц и уменьшается обратно пропорционально длинам плеч.

Разработаны новые способы измерения локальных значений фазовых скоростей и направлений распространения некоторых типов сейсмических волн, основанные на совмести измерениях сейсмических колебаний болыпебазовыми лазерныьш интерферометрами и сейсмографами.

Для интерферометра с произвольными длинами и ориентацией плеч, установленного в однородной безграничной среде, получены аналитические выражения для характеристик направленности при распространении в такой среде р-волны н з-волны. Рассматривается возможность использования многолепестковой структуры характеристик направленности для определения направления на широкополосный источник сейсмических колебаний.

Представлены полученные синхронно севастопольскими интерферометрами и различными типами сейсмографов спектры сейсмических колебаний в различных диапазонах частот. Анализ полученных спектров позволяет сделать вывод, что интерферометры обеспечивают более высокое отношение сигнала к шуму при регистрации сейсмических колебаний.

Сопоставление усредненных по большому количеству реализаций

спехтров сейсмических колебаний, регистрируемых севастопольскими интерферометрами, в диапазоне частот (0,1 - 5) Гц в разные годы указывает на устойчивость спектральных максимумов на частотах 2,3 Гц и 1 Гц.

По результатам многолетних измерений получены оценки спектральной плотности мощности литосферных деформаций, регистрируемых севастопольскими комплексами Б1ИК-2 и кавказским интерферометром, в широком диапазоне частот. Спектр кавказского интерферометра получен в ГАИШ МГУ. На основании аппроксимации спектров получены эмпирические выражения для оценки спектральной плотности мощности С(г>) изменений оптической разности хода в плечах интерферометров, вызванных сейсмическими шумами. Для севастопольского равноплечного интерферометра в диапазоне частот (8-10"® - 10я) Гц аппроксимируется выражением:

у -1.8

СМ = 1,4'10"1В , м2/Гц,

где V - частота в Гц; VI = 1 Гц.

Для кавказского интерферометра С(г>) в диапазоне частот (5-Ю-6 - 5) Гц аппроксимируется выражением:

V ~2Л

(1Ы = 4,8-10"10 , М2/ГЦ.

4.Исследования сверхдлиннопериодных литосферных деформаций

Сверхдлиннопериодными называются деформации с периодами более 55 минут, исключая из этого диапазона хорошо изученную реакцию Земли на приливообразуяяцие силы.

В четвертой главе обосновывается гипотеза о том, что одним из источников сверхдлиннопериодных литосферных деформаций являются собственные колебания уровня жидкости в крупных ограниченных водоемах, а также исследуется наличие корреляции динамики амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, регистрируемых в Черноморском регионе, с сейсмичностью этого региона.

Перспективность экспериментальных иследований сверхдлиннопериодных литосферных деформаций средствами большебазовой лазерной интерферометрии заключается в том, что в настоящее время только" болыпебазовые лазерные интерферометры (в первую очередь равноплечные) позволяют надежно регистрировать деформационные колебания с амплитудами на уровне 10~э - Ю~" в сверхдлиннопе-риодном диапазоне.

В приближении теории малкой воды рассматриваются собствен-

ные колебания уровня жидкости в круглом бассейне радиуса а постоянной глубины Ь, заполненном однородной, идеальной, несжимаемой жидкостью, полагая, что бассейн расположен на поверхности Земли на широте <р, соответствующей широте Черного моря.

Собственные колебания уровня жидкости в таком бассейне представляет собой моды, имеющие 1ш1 узловых диаметров и I узловых окружностей, которые бегут по бассейну в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки. При отсутствии вращения собственные колебания представляют собой стоячие волны (сейши). Собственные частоты Шти, превышающие параметр Кориолиса Г,

определяются уравнениями: у 2 1/>2

у[(—) + 1] • Л,'Су) = тЛп(у), (1)

Uml = Í

[(

у(т,1,\)'

2

+ 1

1 SZ

X

\ = (fez)/(gil)1'2, i = 2tl sin Ф,

где у(т,1Д) - корни уравнения (1); Q - угловая частота вращения Земли; g - ускорение свободного падения; Jm(y) - Функция Бесселя го-ого порядка 1-го рода; Jm'(у) - производная функции Бесселя.

На основании численных расчетов показало, что в бассейнах, для которых к - 1,42, существуют собственные колебания с периодами, превышающими инерционный период То (То = 3t/(íl sln<p)). Эти собственные колебания не имеют узловых окружностей (I = 0), при Í > 0 вращаются в направлении против часовой стрелки и называются гироскопическими модами.

Собственные частоты гироскопических мод (Шт2 < Í2) определяются уравнениями:

11/2

■)Т

l-l-^ll Im*(y) = mLníy), (2)

= f L1 - 1—Г-] J

где у(тД) - корни уравнения (2); 1т(у) и 1т'(у) - модифицированная функция Бесселя т-го порядка и ее производная соответственно.

Аналитическая оценка амплитуд деформаций, вызываемых собственными колебаниями уровня жидкости, проводилась в квазистатическом приближении, справедливом для сверхдлиннопериодного диа-

пазона. Полагая, что дополнительное нормальное давление на дно водоема, вызванное собственными колебаниями уровня жидкости в бассейне, приложено к круговой области радиуса а на границе z = О упругого, однородного и изотропного полупространства, задача сводится к известной задаче Буссинеска.

В полярной системе координат (г,9) амплитуды деформационных колебаний (егг = евв = егв) в плоскости z = 0 при г > а, (Шла2(А,) > Î2) определятся уравнениями:

а т*2

бгг = Fnafo.) Г — 1 (3)

г J

1 - 2Vo (Iml + 1) PmlGO =--P g Hml 1-Лп+1 (у) I »

4Ц у

где у = у(т,1,й.) - соответствующие корни уравнения (1); р -плотность жидкости; ц и v0 - модуль сдвига и коэффициент Пуассона упругого полупространства; Hmi - коэффициенты разложения по собственным модам, определяющие их амплитуды.

При Ют2(А.) < Î2 амплитуды деформационных колебаний определяются уравнениями:

г а ->m+z

Brr = РшШ [ — J , (4)

(1 - 2vo)(m + 1) FmOU = -p g HraIm*l(y),

4ЦУ

где y = у(шД) - соответствующие корни уравнения (2).

Показано, что при равенстве полных колебательных энергий в модах наибольшие амплитуды деформационных колебаний будут создавать наиболее длиннопериодные моды. На основании численных оценок показано, что собственные колебания уровня жидкости могут вызывать поддающиеся регистрации литосферные деформации с амплитудами, зависящими от конфигураций мод, наибольшую амплитуду деформации создает гироскопическая мода с ш = 1.

Для оценки собственных периодов и форм колебаний уровня воды в Черном море методом конечных элементов решена спектральная задача. Пренебрегая вращением Земли, уравнение колебаний бралось в приближении теории мелкой воды для однородной идеальной несжимаемой жидкости, находящейся в бассейне переменной глубины с криволинейной береговой линией. Расчитаны собственные периоды и соответствующие им формы колебаний для 16-ти наиболее длиннопе-риодных мод. Наиболее длшнопериодная из численно расчитанных сейш Черного моря имеет период 627 минут.

Для численной оценки деформаций, вызываемых сайками полагалось, что бассейн, моделирующий Черное мера, расположен на гранта упругого, однородного и изотропного полупространства. Полагая, что среднеквадратичные амплитуду всех раскатанных сейш равны 10~2 м, численно решена задача Буссянэска-Черрути и представлены результаты расчетов деформаций, смещений и наклонов границы полупространства, вызванных сейшами Чэркого моря, для точек, соответствующих расположению севастопольских н кавказского интерферометров.

Показано, что соотношение амплитуд спектральных максимумов в теоретических спектрах деформаций, вызываемых сейшами Черного моря, зависит от координат и характеристик источника возбуждения сейш.

Представлены результаты экспериментальных исследований средствами большебазовой лазерной интерферометрии сверхдлиннопе-риодных литосфертных деформаций в Крыму, на Северном Кавказе и на О.Шпицберген. Рассмотрены методики предварительной обработки рядов наблюдений, вычисления спектров и оценки амплитуд сверх-длиннопериодных литосферных деформаций. Спектральным максимумам в спектрах наблюдаемых в Крыму св&ргдлиннопериодных литосферных деформаций соответствуют амплитуды деформационных колебаний на уровне 1СГВ - 10~10. Основной объем экспериментальных исследований выполнен на севастопольских комплексах в диапазоне периодов от 1 до 46 часов. Демонстрируется идентичность спектров сверх-длиннопериодных литосферных деформаций, полученных синхронно двумя одинаковыми равноточными севастопольскими интерферометрами, что является подтверждением существования таких деформаций.

Для установления связи сверхдлинноивриодных литосферных деформаций с колебаниями уровня вода в Черном море и вариациями атмосферного давления в период с 1392 по 1993 год проводились синхронные измерения этих величин в района г.Севастополя.

На основании теоретических и экспериментальных исследований показано, что модель упругого полупространства недостаточно хорошо согласуется с результатами эксперимента.

Показано, что периоды и амплитуды некоторых, наблюдаемых в районе г.Севастополя, квазиустойчивых спектральных максимумов в спектрах сверхдлиннопериодных литосферных деформаций хорошо согласуются с результатами наблюдений колебаний уровня воды в Черном море и с результатами аналитических и. численных оценок деформаций, 'вывываэмых собственными колебаниям уровня воды в Черном море при учете блоковой структуры литосферы.

В спектрах литосферных деформаций, регистрируемых севастопольскими интерферометрами, впервые обнаружены квазиустойчивые спектральные максиму!® с периодами, близкими к инерционному То (для широты Черного моря То ~ 1000 минут). На основании теоретических расчетов и экспериментальных исследований показано, что возникновение таких спектральных максимумов может быть вызвано гироскопическими модами собственных колебаний уровня воды в Черном море.

Разработана методика и проведены исследования наличия корреляции динамики амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, регистрируемых в Черноморском регионе, с сейсмичностью этого региона. Для построэния зависимости от времени дисперсий сверхдлиннопериодных деформаций в различных диапазонах периодов использовалась полученная севастопольским интерферометром реализация длиной 12,5 месяцев. Показано, что с высокой вероятностью сверхдлипнопериодные литосферные деформации в диапазоне периодов от 2 до 18 часов обладают свойствами краткосрочных предвестников для землетрясений Черноморского региона.

Рассмотрены физические механизмы возникновения сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, предшествующих землетрясениям. Получены аналитические и численные оценки уровня сейсмических шумов, который способен возбудить сейши с амплитудами, соответствующими наблюдаемым амплитудам сверхдлиннопериодных деформаций.

Предложен возможный механизм возникновения сверхдлиннопериодных колебаний, предшествующих землетрясениям, который можно представить следующим образом:

- при переходе очаговой области в состояние, предшествующее землетрясению, в спектре деформаций и наклонов очаговой области появляются максимумы с частотами, кратными частоте приливосбра-зушцих сил;

- деформации и наклоны, соответствующие этим спектральным максимумам, резонансно возбуждают некоторые моды собственных колебаний уровня воды в близлежащем ограниченном водоеме;

- собственные колебания уровня воды вызывают литосферные деформации, которые могут быть зарегистрированы приборами, находящимися на значительном расстоянии от очаговой области.

Показано, что литосферные колебания, вызываемые собственными колебаниями уровня жидкости в крупных ограниченных водоемах, могут оказывать существенное влияние на результаты прецизионных геофизических и астрономических намерений.

5.Исследования приливных деформаций н собстае'дд^х колебаний Земли средствами болыпебазсвой ллзощой кяторфе юметрии В пятой главе показаны новые бс^мозжости я обосновывается перспективность применения методов бслыпебазсЕой лазерной интерферометрии для исследования приливных деформаций и собственных колебаний Земли. Кроме высокой точности и широкого частотного диапазона методов большебазовой лазерной гытэрферометрии принципиально новые возможности в исследованиях приливных деформаций и собственных колебаний Земли открывает использование равноплечных лазерных интерферометров.

На регистрируемые деформации сильное ¡даяние оказывают: строение полости, в которой установлены ш-терферометры; геологическое строение и рельеф местности в пункте наблюдения; колебания уровня воды в близлежащих водоемах и другие трудно учитываемые факторы. Поэтому трудно ожидать хорошего согласования теории с экспериментом и целесообразно говорить о среднестатистических характеристиках, которые можно получить, располагая достаточно широкой сетью интерферометрических станций.

Для сферически симметричной модели Зумди в рамках статической теории приливов получены аналитические выражения для регистрируемых различными типами интерферометров деформаций от приливных волн.

Выражения для деформаций от кожсжех прилива О1 и Мг, ре-гистрирумых равноплечным интерферометром с ортогональными плечами, установленным на поверхности Земли имезт вид:

< 1 > < 1 >

Еаа - Ерр = В(0») СОЗ(©1-71+и(0!)),

В (О»)

ССС^ШО!),

= Ф - з + зс/2, А* = -4з1п8 [1 - соэ2 (2а) • з1п2^* ^ а)

(5)

71 = агсге

созб

+ як,

Eoa'- Spp'= в(М2) cos(2Ф-72+и(Ы2)).

B(M2> = { Az

-[-Л

L g г I а J J

ааьшн,).

A2 = 2|4ccsz8 + cos2(2ct)-sln4e] cosQ

T2 = arctg

2tg(2a)

(cosze + 1)

T IS2

'J *

+ як,

где i - число Шида-1амберта; аир- азимутальные углы, задающие направление плеч интерферометра; Eaa'", eppU), eaa<2>, spp<2' - деформации вдоль направлений, задаваемых азимутальными углами а и р; D - постоянная Дудсона; C(Oi) и С(Мг) - амплитуды в гармоническом разложении Дудсона для волн Oi и Мг; ГCOi), u(Oi), НМг). u(M2) - коэффициенты и углы, учитывающие нодальную модуляцию для волн Oi и Мг; Ф - часовой угол 1уны; з - средняя долгота 1уны, отсчитываемая от точки весеннего равноденствия; 8 -дополнение до широты точки наблюдения; к - целое число.

На основании полученных выражений показано, что равноточный лазерный интерферометр, установленный на поверхности Земли, позволяет проводить прямые прецизионные измерения одного из зем-ноприливных параметров - числа Шида-Ламберта I, независимо для суточных и полусуточных компонент прилива.

Разработана новая интерферометрическая методика измерений числа Шида-Ламберта. Измерения числа Шида-Ламберта I для различных компонент прилива проводились на севастопольской станции двумя равноплечными одинаково ориентированными интерферометрами с ортогонально расположенными плечами.

Измерения проводились по четырем неперекрывающимся реализациям длительностью от двух до пяти месяцев для компонент прилива Мг, Oi, S2 и meKi. Полученные значения чисел Шида-Ламберта оказались существенно различными для суточных и полусуточных компонент прилива. Поскольку волны Мг и Oi имеют наибольшую амплитуду, их можно выделить из ближайших соседних гармоник (кроме но-дальных), имея реализацию длиной всего в один месяц. Значение числа Шида-Ламберта, полученное по этим волнам, принималось в качестве результата измерений. Измеренные значения числа Шида-Хамберта для суточных и и полусоточных компонент прилива соот-

Еотственно равны (0,0722 ± 0,0032) и (0,1144 ± 0,0048). Такоа значительное различие числа Шида-1амберта для суточных и полусуточных компонент прилива можно объяснить влиянием строения подземных сооружений, в которых установлены интерферометры, локальной анизотропией упругих свойств Земли в точке наблюдения, а также колебаниями уровня воды в Черном море.

Получены аналитические выражения для амплитуд деформационных колебаний, вызванных собственными колебаниями Земли и регистрируемых равноплечным лазерным интерферометром с ортогональными плечами, установленным на поверхности Земли.

Показано, что равноплечный лазерный интерферометр, установленный на поверхности Земли, будет регистрировать деформации, вызываемые собственными колебаниями Земли, которые определяются только тангенциальными смещениями в модах.

Получены аналитические выражения для вычисления амплитуд тангенциальных компонент смещений в модах собственных колебаний Земли через амплитуды деформационных колебаний, регистрируемых равноплечным интерферометром с ортогональными плечами.

Представлены результаты эксперементалышх измерений приливных деформаций, выполненных на севастопольской станции. Демонстрируются выделения компонент приливной деформации (2М2, N2, у2, Мг, Тг, Б2, твК2), полученное по реализации длиной 112 суток.

Проводится сравнение эффективности различных методов теоретической аппроксимации регистрируемой приливной деформации.

Представлены спектры, демонстрирующие наблюдение собственных колебаний Земли средствами большебазовой лазерной интерферометрии, как после сильных землетрясений, так и в сейсмически спокойное время.

Представлены оценки по 36-ти синхронным неперекрывающимся реализациям среднего значения спектральной плотности мощности в диапазоне периодов от 30 до 65 минут литосферных деформаций, измеренных севастопольским равноплечным интерферометром, и изменений уровня воды в Севастопольской бухте. Из полученных спектров следует, что в спектре колебаний уровня воды Севастопольской бухты присутствует интенсивный спектральный максимум с периодом, соответствующим периоду моды о32 собственных колебаний Земли.

Используя полученные в период отсутствия сильных землетрясений спектры деформаций, с учетом увеличения амплитуд гармоник около периода 55 минут собственными колебаниями уровня воды в Севастопольской бухте, получены оценки сверху фонового уровня

амшаггуд тангенциальных смещений в компонентах мультиплета оБг" собственных колебаний Земли.

Установлено, что собственные колебания уровня воды в Черном море создаст высокодобротные деформационные колебания с квазиустойчивыми спектральными максимумами в диапазоне частот, соответствующем собственным колебаниям Земли. Этим спектральным максимумам в диапазоне периодов от 30 до 65 минут соответствуют амплитуда деформационных колебаний на уровне 10~10 - 10-11.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы развиты основы нового направления - прецизионные исследования литосферных деформаций в практически неограниченном частотном и динамическом диапазонах средствами болыпебазовой лазерной интерферометрии. В рамках этого направления получены следующие наиболее важные результаты.

1. Разработаны новые конструкции и новые системы регистрации большебазовых лазерных интерферометров, предназначенных для прецизионных измерений литосферных деформаций.

2. Представлены результаты разработки и исследований большебазовых лазерных интерферометричбских комплексов БЛЖ-2, установленных на пространственно разнесенных интерферометрических станциях. Описаны интерферометрические станции, а также новые методики установки интерферометров и проведения измерений.

3. Разработан общий подход к анализу погрешностей измерений большебазовыми лазерными интерферометрами. Проведен анализ погрешностей и разработаны методы их уменьшения для различных конструкций интерферометров.

4. Разработаны теоретические основы применения большебазовых лазерных интерферометров в качестве прецизионных сейсмографов и деформографов.

5. Разработаны новые способы измерения фазовых скоростей и направлений распространения некоторых типов сейсмических волн, основанные на совместных измерениях сейсмических колебаний большебазовыми лазерными интерферометрами и сейсмографами.

6. Двумя одинаковыми равноплечными лазерными интерферометрами, установленными на одной станции, получены многолетние непрерывные записи литосферных деформаций и установлено, что: долговременный аппаратурный дрейф разработанных интерферометров не превышает 2,5 10*а год-1; коэффициент корреляции регистрируемой

интерферометрами деформации с температурой на поверхности земли достигает максимального значения я; 0,9 при времени запаздывания деформации от температуры ~ 400 суток, что соответствует времени распространения температурной волны с периодом в один год от поверхности земли до глубины, на которой установлены интерферометры.

7. На различных ннтерферометрических станциях получены по большому количеству реализаций оценки спектральной плотности мощности литосферных деформаций в диапазоне частот (5-10"® + 10э) Гц. Получены эмпирические формулы для оценки спектральной плотности модности литосферных деформаций в широком диапазоне частот.

8. На основании экспериментальных исследований, аналитических и численных оценок установлено, что одной из причин возникновения квазиустойчивых максимумов в спектрах литосферных деформаций в диапазоне периодов собственных и сверхдлиннопериодных колебаний Земли являются собственные колебания уровня жидкости в крупных ограниченных водоемах.

9. В спектрах литосферных деформаций, регистрируемых установленными в районе г.Севастополя интерферометрами впервые обнаружены квазиустойчивые спектральные максимумы с периодами, близкими к инерционному (для широты Черного моря). На основании теоретических расчетов и экспериментальных исследований показано, что возникновение таких спектральных максимумов может быть вызвано гироскопическими модами собственных колебаний уровня воды в Черном море.

10. На основании экспериментальных исследований, аналитических и численных оценок установлено наличие корреляции динамики амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, регистрируемых в Черноморском регионе, с сейсмичностью этого региона.

11. Разработана физико-математическая модель, позволяющая объяснить возрастание амплитуд сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, предшествующее землетрясениям.

12. Показано, что периоды и амплитуды некоторых наблюдаемых в районе г.Севастополя квазиустойчивых максимумов в спектрах сверхдлиннопериодных литосферных деформаций хорошо согласуются с результатами наблюдений колебаний уровня воды в Черном море и с результатами аналитических и численных оценок деформаций, вызываемых собственными колебаниями уровня воды в Черном море, при учета блоковой структуры литосферы.

13. Показано, что литосферные колебания, вызываемые собст-

венными колебаниями уровня жидкости в крупных ограниченных водоемах, могут оказывать существенное влияние на результаты прецизионных геофизических и астрономических измерений.

14. В рамках статической теории приливов получены аналитические выражения для деформаций, регистрируемых большэбазовыки лазерными интерферометрами, установленными в различных пунктах наблюдения.

15. Разработан новый высокоточный интерферометрический способ измерения числа Шида-1амберта, позволивший провести измерения этого числа независимо для суточных и полусуточных компонент прилива. Измеренные значения числа Шида-1амберта для суточных и полусуточных компонент прилива соответственно равны (0,0722 ± 0,0032) И (0,1144 ± 0,0048).

16. Получены аналитические выражения для амплитуд деформаций, регистрируемых равноплечными лазерными интерферометрами с ортогональными плечами» вызванных различными модами собственных колебаний Земли.

17. Разработана методика измерений амплитуд тангенциальных компонент смещений в модах собственных колебаний Земли равно-плечным лазерным интерферометром.

18. На основании экспериментальных данных получены оценки сверху значений среднего уровня амплитуд тангенциальных смещений в компонентах мультиплета о32т при отсутствии сильных землетрясений.

Основное содержание диссертации представлено в следующих работах:

1. Влияние частотной модуляции излучения лазера на точность измерителя перемещений. - Оптшсо-мех.промышленность, й7, 1980, С.1-3, соавторы: А.В.Золотов, Ю.П.Пугач.

2. Лазерный интерферометр для измерения малых перемещений. -Тезисы докладов II Всесоюзной школы по деформированию и динамическим явлениям в горных породах. Москва, ИГД им.Ско-чинского, 1981, С.71-72, соавтор: И.П.Иванов.

3. Применение лазерных интерферометров для измерения деформаций с целью предсказания землетрясений. - Тезисы докладов II Всесоюзной школы по деформированию и динамическим явлениям в горных породах. Москва, ИГД им.Скочинского, 1981, С.9, соавторы: И.М.Белоусова, И.П.Иванов.

4. Исследование лазерного интерферометра с волоконной оптикой. - Оптико-мех.промыиш., й7, 1983, C.S-9, соавторы: И.П.Иванов, В.А.Первомайский.

5. Изучение лазерных измерителей парамацений. - Оптико-мех.промышл., №&, 1983, С.6-8.

6. Система регистрации лазерного интерферометра для измерения малых перемещений. - Тезисы докладов III Всесоюзной школы по деформированию и динамическим яс&яшям в горных породах. Симферополь, 1983, С.69-70.

7. Хазерный интерферометр-деформограф с волоконной оптикой. -Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Оптика лазеров". Ленинград, 1984, С.324-325, соавторы: И.П.Иванов, Г.А.Прос-ковский.

8. Способ измерения радиуса перетяжки лазерного гауссова пучка. - A.C.J81067953, B.H.JS2, 1984, С.217.

9. Исследование спекл-шумов многомодоалх оптических световодов. - Журнал технич.физики, т.55, Jö, 1985, С.869-873, соавтор А.А.Скоблин.

10. Измерение колебаний земной серы лазерным интерферометром-деформографом с волоконной ошл;гой. - Автометрия» J85. 1985, С.30-34, соавторы: В.С.Медведей, В.А.Первомайский.

11. Устройство для измерения парзмещений объекта. A.c.J81201681, Б.И.Й48, 1985, С.63.

12. Интерферометр для измерения линейных перемещений. -А.С.М196683, Б.И.М5, 1985, С. 155, соавтор В.А.Первомайский.

13. Интерферометр для измерения линейных перемещений. -A.C.J81236852, Б.И.Л81, 1986, С.245, соавторы: В.А.Первомайский, В.С.Медведев.

14. Интерферометрические измерения длиннопериодных колебаний Земли. - Тезисы докладов V Всесоюзной школы по деформированию и динамическим явлениям в горных породах. Симферополь, 1987, С.13, соавторы: О.В.Боборыкзна, Г.Н.Кирчанов.

15. Устройство для стабилизации оси диаграммы направленности лазерного излучения. - А.С.Й1297569, Б.И-JäIO, 1987, С.282, соавтор С.Х.Головин.

16. Исследование интерференции гауссовых пучкоз. - Оптика и спектроскопия, т.63, вып.2, 1937, С.405-408, соавторы: С.1.Головин, Ф.Н.Панков, А.А.Скоблин.

17. Способ выставления нулевой разности хода в плечах интерферометра. - А.с.Я137БЭ49, Б.ц..»7, 1988, С.168, соавторы:

СЛ.Головин, Ф.Н.Панков.

18. Устройство для стабилизации мощности лазерного излучения. -А.с.М407223, Б.и.>34, 1988, С.261, соавторы: СЛ.Головин, И.1.1омакин.

19. Способ измерения радиуса перетяжки лазерного пучка. -А.с.й1415939, Б.и.Я29, 1988, С.245, соавторы: СЛ.Головин, Ф.Н.Панков.

20. Интерференционный способ определения изменения расстояния. - А.с.$1449841, Б.и.М, 1989, С.179, соавторы: С Л.Головин, Ф.Н.Панков.

21. Исследования деформаций земной коры лазерными интерферометрами. - Сб. Динамические системы, Киев, "Выща школа", вып.9, 1990, С.60-65, соавторы: СЛ.Головин, В.А.Насонкин.

22. Измерение длиннопериодных колебаний Земли лазерными интерферометрами- деформографами. - Изв.АН СССР, Физика Земли, й4, 1990, С.72-78, соавторы: СЛ.Головин, В.А.Насонкин.

23. Результаты исследования колебаний Земли болыпебазовыми лазерными интерферометрическими комплексами в Крыму. - Тезисы докладов VII Всесоюзной научной школы по деформированию и динамическим явлениям в горных породах. Симферополь, 1990, С.146, соавторы: А.В.Буклерский, О.В.Боборыккна, М.В.Бойко, СЛ.Головин, В.А.Насонкин, С.Д.Сельников.

24. Способ выставления нулевой разности хода в плечах интерферометра. - А.с.Й1558143, Б.И.М4, 1990, С.257, соавтор СЛ.Головин.

25. Повышение точности измерений с помощью лазерной сейсмометрии. - Сб.научн.тр.: Метрология геофизических измерений. ВНИЙФТРИ, Москва, 1991, С.59-63. соавторы: А.Н.Баранов, Е.В.Варгатый, А.П.Меркулов, В.В.Пырх.

26. Интерференционный компаратор для измерения линейных перемещений. - А.с.#1739188, Б.и. .№21, 1992, С.161, соавтор Т.Ю.Ольмезова.

27. Способ определения скорости сейсмической волны.

A.с.»1777107, Б.И.Л43, 1992, С.128, соавтор СЛ.Головин.

28. Способ компенсации осевого рассогласования элементов одно-модовой волоконно-оптической системы. - Пат.Украины Ж828549, Б.и..»26, 1993, соавтор А.А.Шостка.

29. Исследования сверхдлиннопериодных литосферных деформаций, предшествующих землетрясениям. - Геофизический журнал. Киев, т.16, л©, 1994, С.17-26, соавторы: В.А.Насонкин,

B.Н.Чехов.

30. - Сверхдлиннопериодные литосферные двформадш, возбуждаемые сейшевыми колебаниями. - Докл.АН России, Геофизика, т.336, йЗ, 1994, С.391-393, соавторы: В.Н.Чехов, Ю.Б.Иванов, В.А.Насонкин.

31. Синхронные наблюдения длкннопериодных лигосферных деформаций болыпебазовыми лазерными интерферометрами. - Сб.научн. трудов: Построение моделей развития сейсмического процесса и предвестников землетрясений. Москва, 1993, С.76-80, соавторы: А.В.Буклерский, И.П.Иванов, Б.С.Клячко, В.К.Милюков, В.А.Насонкин, В.Н.Руденко.

32. The static of the gravitational wave setups at Moskcw University. - Astronomical and astrcpfaisycal Transactions, vol.5, 1994, p.93-101, co-authored with V.N.Ruderiko, V.K.Milukov, I.P.Ivanov.

33. Лазерный интерферометр-деформограф Московского университета. - Тезисы докладов VH Международной конференции "Оптика лазеров" Ст.-Петербург, 21-25 июня 1993, С.556, соавторы: И.П.Иванов, В.К.Милюков, В.Н.Руденко.

34. Большебазовые лазерные интерферометры в геофизике. - Тезисы докладов VXL Международной конференции "Оптика лазеров" Ст.-Петербург, 21-25 июня 1993, С.557.

35. Лазерный детектор гравитационных волн. - Тезисы докладов VH Международной конференции "Оптика лазеров" Ст.-Петербург, 21-25 июня 1993, С.574, соавторы: А.А.Скоблин, В.Н.Чехов.

36. Устройство для ввода излучения лазера в оптическое волокно.

- A.C.JS1788496, Б.и.й2, 1993, С.177, соавторы: А.М.Карт, Л.М.Минков, М.В.Бойко.

37. Литосферные деформации, возбуждаемые сейшами Черного моря.

- Геофизический журнал. Киев, т.16, 1994, С.53-60, соавторы: Ю.Б.Иванов, В.А.Насонкин, В.Н.Чехов.

38. Геодинамические исследования средствами большебазовой лазерной интерферометрии в Геофизической обсерватории Симферопольского госуниверситета. - Тезисы докладов VHI Международной конференции "Оптика лазеров" Ст.-Петербург, 27 июня - 1 июля 1995, С.207-208.

39. Баксанский лазерный интерферометр. - Измерительная техника, МО, 1995, С.5-9, соавторы: А.В.Буклерский, А.М.Карт, Б.С.Клячко, В.К.Кравчук, В.К.Милюков, И.В.Мележников, А.В.Мясников, В.Н.Руденко.

40. Исследования литосферных деформаций, предшествующих земле-

трясениям, средствами болыпебазовой лазерной интерферометрии. - Изв.АН России, Физика Земли, J?7, 1935, С.51-62, соавторы: Ю.Б.Иванов, В.А.Насонкин, В.Н.Чехов.

41. Seiche oscilatlons and the very long-period lithosphere strains at the Black sea region. - Spectral and evolutional problem. Proceedings of the Fourth Crimean Autumn Mathematical School-Symposium. - Simferopol, 1995, v.4, p.90, co-authored with Ivanov Yu.B., Chekhov V.N.

42. Характеристики направленности болыпебазовых лазерных интер-ферометрических сейсмо-деформографов. - Геофизический журнал. Киев,1996, т.18, *4, С.73-77, соавтор А.А.Насонкин.

43. Исследования деформационных предвестников землетрясений в Черноморском регионе средствами болыпебазовой лазерной интерферометрии. - Сейсмологический бюллетень землетрясений Украины за 1993 г. Симферополь, 1996, С.76-80, соавторы: В.А.Насонкин, О.В.Боборыкина.

44. Исследование предвестниковых свойств сверхдлиннопериодных литосферных деформаций. - Сейсмологический бюллетень Украины за 1994 г. Симферополь, 19S6, С.73-77.

45. Большебазовые лазерные интерферометры в геофизических исследованиях. - Симферополь: изд-во "Таврия", 1996, с.285.