Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Изучение краткосрочных предвестников землетрясений методом электромагнитной эмиссии

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Изучение краткосрочных предвестников землетрясений методом электромагнитной эмиссии"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю.Шмидга

На правах рукописи

Степанов Михаил Владимирович

ИЗУЧЕНИЕ КРАТКОСРОЧНЫХ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭМИССИИ

Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта.

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор

Доктор физико-математических наук,

Ведущая организация:

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН

Защита состоится «21» декабря 2004 г. в час на заседании

диссертационного совета К.002.001.02 Института физики Земли РАН по адресу:

123995, г. Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10, Институт физики Земли РАН

В.А. Моргунов

М.Б. Гохберг В.Н. Шулейкин

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Автореферат разослан _2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

К.Т.Н.

Э.А. Боярский

-2.00 4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Изучение процессов деформации горных пород в условиях их естественного залегания представляет большой интерес для фундаментальной науки при исследовании геодинамических процессов, сейсморайонирования. Трудно оценить, что более важно в этом направлении: его фундаментальное значение или практические приложения. К данной-проблеме следует отнести и изучение более быстрых подвижек естественного и антропогенного происхождения вблизи поверхности Земли в связи с прокладкой тоннелей, строительством трубопроводов, инженерных сооружений, эксплуатацией шахт и объектов повышенной экологической опасности (АЭС, химических производств и др.). Особое значение данное направление имеет в поиске надежных методов своевременного предупреждения о сейсмической опасности.

Опыт долгосрочных натурных наблюдений показывает, что до настоящего времени деформационные измерения, хорошо зарекомендовавшие себя для изучения отдельных типов движений, не дают должной результативности при исследовании заключительной стадии подготовки землетрясения. В то же время многочисленными исследованиями установлено существование краткосрочных предвестников землетрясений деформационной природы в различных геофизических полях. Из сравнительного анализа публикаций нельзя не признать, что электромагнитные методы и, в частности, метод электромагнитной эмиссии (ЭМИ), к настоящему времени прочно заняли лидирующие позиции в комплексе с другими методами.

В середине 60-х годов чл.-корр. РАН A.A. Воробьевым была высказана гипотеза о том, что деформационному процессу, предшествующему хрупкому разрушению, сопутствует электризация, приводящая к пробою горных пород и генерации ЭМИ. Практика исследований ЭМИ предвестников за последующие десятилетия внесла существенные коррективы в исходные представления о «подземных грозах». Однако метод доказал результативность и получил широкое распространение также и за рубежом.

Одной из наиболее важных и трудных задач является надежное выделение полезного сигнала литосферной природы на фоне ЭМ шумов атмосферы. Эти вопросы являлись предметом специальных исследований в ряде диссертационных работ, в которых определены основные признаки

РО< ,. ^ ИЛЬНАЯ I 1 КА

( - Г>ург 20<£ PK

сейсмоаномального ЭМИ, такие как величина аномалии, конечное время опережения аномалией момента землетрясения, конечное расстояние от места возникновения аномалии до эпицентра землетрясения и др., т.е. признаки, которше используются при определении предвестников в иных типах геофизических полей. И тем не менее до настоящего времени эти исследования носили, в основном, эпизодический характер и не ставили своей целью сквозного анализа всей совокупности!данных многолетних измерений.

Актуальность данного исследования заключается в исследовании тригтерного воздействия приливных сил на перенагруженные участки земной коры, в изучении пространственно—временных особенностей процесса подготовки тектонического землетрясения на его заключительной стадии, в разработке алгоритмов оперативного анализа данных и в разработке соответствующей системы наблюдения.

Цели и задачи исследования

Целью настоящей работы являлось изучение пространственно-временной структуры электромагнитных предвестников землетрясений на уровне фоновой сейсмичности, разработка методики выделения полезного сигнала на уровне естественных вариаций иной природы, оценка роли воздействия приливных сил на процесс подготовки землетрясения и создание макета программно-аппаратного комплекса по регистрации краткосрочных предвестников.

При этом решались следующие задачи:

• Поиск характерных особенностей в пространственно-временном распределении ЭМИ предвестников слабых землетрясений (М=3-4) в нормированных координатах.

• Определение характерного времени развития процесса неупругого деформирования в очаге, предшествующего разрыву, по совокупности данных за 12 летний период непрерывных наблюдений за ЭМИ предвестниками.

• Определение роли спектральных составляющих лунно-солнечного прилива (0.5-27 суток) в процессах деформирования земной коры и их связи с сейсмичностью различных сейсмоактивных районов.

• Изучение уровня и спектральных составляющих естественных электромагнитных шумов атмосферы в диапазоне длиннопериодных приливных вариаций.

• Расчет распределения времени возникновения ЭМИ предвестника по фазам различных приливных гармоник.

• Разработка алгоритмов построения программно-аппаратного комплекса для регистрации краткосрочных предвестников землетрясений.

Основные защищаемые положения.

1. Низкочастотные приливные гармоники (ММ, МР с периодами 27.55, 13.66 сут. соответственно) оказывают влияние на процесс подготовки землетрясений, что подтверждается связью момента возникновения предвестников с фазой этих гармоник.

2. Установлено статистически значимое влияние низкочастотных приливных гармоник ММ и МГ на процесс подготовки землетрясений. В то же время более сильные полусуточные и суточные гармоники не обнаруживают устойчивых связей с сейсмичностью. Эти результаты подтверждены расчетами критерия достоверности эмпирического распределения д2.

3. Разработанные алгоритмы и созданное на их основе программное обеспечение для анализа данных ЭМИ в режиме, приближенном к реальному времени, включены в программно-аппаратный сейсмопрогностический комплекс «Аларм-Сейсмо».

Научная новизна.

По исследованиям интенсивности ЭМИ предвестников установлено относительное постоянство суммарного числа импульсов в аномалии. Показано, что продолжительность аномалии является физически информативным параметром по сравнению с другими фазами сигнала. Впервые обнаружено статистически значимое превышение числа сейсмических событий на фазе снятия нагрузки на гармониках ММ (27.55 сут.) и МБ (13.66 сут.) в отличие от более сильных суточных и полусуточных гармоник. Это свидетельствует о важной роли процессов неупругого деформирования земной коры, в том числе и в силовом поле приливных вариаций. Получена эмпирическая оценка времени развития предвестника, приведенная к эпицентральной зоне для фоновой сейсмичности Кавминводского полигона.

Практическая ценность работы заключается в определении наиболее информативных параметров ЭМИ аномалий, что повышает эффективность алгоритмов выделения полезного сигнала на фоне вариаций иной шумовой природы. Проведенные оценки характерного времени наиболее активной стадии подготовки позволяют построить методику выделения полезного сигнала в режиме времени, приближенном к реальному. Определена более высокая вероятность землетрясений в фазе снятия нагрузки в поле гравитационного прилива на гармониках ММ и MF. В практику прогностических исследований на Северном Кавказе внедрен созданный аналого-цифровой комплекс сбора, хранения, предварительной обработки и анализа данных по исследованию краткосрочных предвестников землетрясений в режиме on line.

Фактические материалы.

Фактический материал представляет собой данные режимных наблюдений за электромагнитным излучением с 1991 по 2003 гг. на КМВ полигоне при участии автора. В работе использованы данные мирового каталога землетрясений «Advanced National Seismic System (ANSS)» и архив данных ИЗМИР АН по солнечной активности, межпланетному магнитному полю, Кр индексу и геомагнитному полю.

Представление результатов исследования на конференциях:

Основные положения были доложены на Всероссийской конференции по атмосферному электричеству 2003 г., международном симпозиуме MEESU 2002, Москва и представлены на международном симпозиуме «Seismic Hazard Evaluation and Risk Reduction, 5-th Asian Seismological Commission General Assembly 2004. October 18-21, 2004, Yerevan» и на конференции «Проблемы оценки сейсмической опасности, сейсмического риска и прогноза землетрясений». 7-8 октября 2004 г., Ташкент.

Методы и алгоритмы анализа данных реализованы в программно-аппаратном комплексе, внедренном в практику прогностических исследований на полигонах Министерства природных ресурсов (МПР) РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов. Общий объем диссертации составляет 190 стр., включая 48 иллюстраций и 7 таблиц. Список литературы содержит 141 наименование.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. В.А. Моргунову за неизменное внимание и неоценимую помощь в работе над диссертацией. Автор выражает глубокую признательность чл.-корр. РАН Ю.Н. Авсюку за обсуждение результатов исследования роли приливных вариаций в процессе подготовки землетрясений и ценные замечания. Исследования выполнялись с использованием данных натурных наблюдений, проводимых на Кавминводском полигоне к.ф.-м.н. А.Г. Здоровым, постоянные консультации с которым способствовали повышению точности анализа данных, за что автор приносит ему искреннюю благодарность. Автор выражает признательность к.т.н. Э.А. Боярскому, чья помощь помогла в достаточно короткое время овладеть методологией и программным обеспечением расчета лунно-солнечных приливов. Автор благодарен проф. Л.А. Латыниной и д.ф.-м.н. С.М. Молоденскому за полезную критику и ценные замечания по III главе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы актуальность темы; цель и задачи исследований; научная новизна; практическая значимость работы; основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Глава I. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КАК ИНДИКАТОР ДЕФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Первая глава посвящена обзору предложенных ранее методов исследования ЭМИ предвестников, развитию методов регистрации ЭМИ за последние десятилетия в СССР и РФ, а также за рубежом. Обсуждается ЭМИ от воздействия литосферных процессов. Приводится краткий обзор результатов, полученных за последние 12 лет по измерениям ЭМИ на КМВ полигоне.

Исследованиями последних десятилетий убедительно показано, что проблема краткосрочного прогноза землетрясений — это проблема изучения неупругих деформаций земной коры в районе подготовки землетрясения.

Разработка надежных методов краткосрочного прогноза базируется на знании не только механизмов подготовки разрыва, но и процессов, происходящих в окружающей среде в области тензочувствительности. Однако прямые деформационные измерения, в силу ряда обстоятельств (в частности, вследствие «точечности» применяемых методов измерения и фрагментарности фазы), не адекватно отражают масштабные деформационные процессы, предшествующие сейсмическому удару.

В настоящее время деформационная природа краткосрочных предвестников не вызывает сомнений. Но, несмотря на обширный и достаточно убедительный экспериментальный материал, основное противоречие в проблеме исследования краткосрочных предвестников не снято, а именно, несоответствие данных косвенных методов измерений деформаций накануне землетрясения прямым деформационным измерениям. Это нарушает логически обоснованную схему развития механического процесса разрушения в области очага и, как следствие, реакции тензочувствительной зоны в окрестности гипоцентра. Существуют различные подходы к решению этих вопросов.

В настоящей работе предлагается способ изучения неупругих деформаций в земной коре, полагаемый в основу процесса подготовки землетрясения, при помощи анализа силового поля иной природы, а именно гравитационного поля лунно-солнечного прилива. Это исследование выполнено на основе классической теории и доступного программного обеспечения по расчету приливных сил и деформаций. Были использованы данные сейсмического каталога и непрерывных долгосрочных наблюдений за фоновым ЭМИ, проводимых на Кавминводском полигоне при участии автора.

Исследования электромагнитного излучения, сопутствующего сейсмической активности, насчитывают не очень долгую историю (около 30 лет). Изучение этих явлений относят к разряду нетрадиционных, поскольку явление электромагнитной эмиссии для своего обнаружения и наблюдения требовало соответствующего уровня развития техники.

Основные выводы по ранее проведенным исследованиям ЭМИ сводились к следующему: за трое и менее суток до землетрясения наблюдался аномальный всплеск числа регистрируемых импульсов, с максимумом за 8^4-0 часов до удара; землетрясения происходили на спаде интенсивности; интенсивность ЭМИ в максимуме аномального хода в 4-5 раз и более превышала интенсивность регулярных вариаций.

В ИФЗ РАН была предложена методика регистрации огибающей интенсивности потока ЭМИ в широком диапазоне частот от килогерц до единиц мегагерц с высокой чувствительностью (~10 мкВ/м). Первые же натурные наблюдения, проведенные ИФЗ в Дагестане в 1977 г. с применением высокочувствительной аппаратуры, продемонстрировали ряд преимуществ данного подхода.

Эта методика была использована позднее в совместном проекте СССР-Япония по исследованию ЭМ предвестников, где впервые получен новый и важный для понимания природы явления вывод о наличии радиоволнового предвестника при глубокофокусных землетрясениях, что существенно сократило число предлагавшихся моделей генерации ЭМ сигнала.

Наличие ЭМИ предвестника в широкой полосе радиочастот ставит задачу выбора оптимального частотного диапазона для наблюдений за ЭМИ предвестником. Из анализа распространения ЭМ волн над земной поверхностью в ИФЗ в практику измерений введена частота 1-3 кГц. Этот диапазон частот является закритической частотой волновода Земля-ионосфера, что определяет сильное затухание электрической и магнитной моды с удалением от источника. Поэтому ЭМ волны, регистрируемые в этом диапазоне, в основном определяются близкими источниками. Дальнейшие наблюдения подтвердили результативность данного подхода: ЭМИ предвестники локальных землетрясений действительно наиболее отчетливо проявлялись на частоте 1-3 кГц.

После первых измерений, выполненных ИФЗ по инициативе проф. М.Б. Гохберга в Японии в 1980 г., исследования ЭМИ предвестников активно ведутся в различных странах мира (Китай, США, Япония). В последние годы развитые в России методы исследования ЭМИ нашли благодатную почву и интенсивно развиваются в районе Средиземноморья (Греция, Италия).

Исследования ЭМИ на Кавминводском полигоне.

С распадом СССР по понятным причинам проводимые ИФЗ РАН измерения в Закавказье (Грузия, Азербайджан, Армения) и Средней Азии (Киргизия, Таджикистан, Узбекистан, Казахстан) были прекращены. С 1990 г. силами сотрудников лаборатории Тектоно-акустических и электрических процессов измерения были поставлены на Северном Кавказе в содружестве с Федеральным государственным унитарным геологическим предприятием

(ФГУГП) "Кавказгеолсъемка" на основе аппаратуры, созданной в ИФЗ РАН. На полигоне установлено три пункта регистрации ЭМИ, расположенных в зоне влияния сейсмоактивных разломов (Нальчикского, Черкесского и Кисловодск-Ессентукской зоны трещиноватости).

Для длительных стационарных наблюдений применялась методика счета импульсов, превышающих заданный порог амплитудной дискриминации в рабочей полосе частот. Для изучения амплитудного спектра импульсов ЭМИ использовались три амплитудных дискриминатора в каждом частотном канале. Пороги срабатывания дискриминатора подбирались эмпирически таким образом, чтобы на регистограммах выделялся суточный ход ЭМИ. При этом предельная чувствительность определялась уровнем естественных помех и составляла от 1 до 10 мВ/м для разных станций, а чувствительность остальных порогов снижалась на 10 дБ на порог.

ЭМИ и приливные вариации

Исследованию шумового электромагнитного поля в атмосфере посвящено большое число работ. В них полное поле представлено в виде совокупности импульсной и флуктационной составляющих. Такое разделение проводится, однако, по формальному признаку и не рассматривает возможных источников излучения. Для предмета исследований наибольший интерес представляет импульсная составляющая. За полезный сигнал в данном случае принимается излучение литосферного происхождения. Тем самым, задача заключается в поиске алгоритмов выделения полезного сигнала на фоне электромагнитных полей атмосферно-ионосферной природы.

Отметив, что до настоящего времени основные исследования были посвящены связи ЭМИ, являющихся индикатором неупругих деформаций, с процессом подготовки землетрясений, в диссертации обращается внимание на поиск следов неупругого деформирования и ЭМИ вследствие приливных гравитационных сил, являющихся регулярной составляющей общего деформационного процесса земной коры. Гравитационный прилив состоит из большого числа гармоник, из них девять самых сильных исследуются в диссертации: ММ (27 сут.), МР (14 сут.), суточные — 01, Р1, К1 и полусуточные — N2, М2, Б2, К2. В отличие от предыдущих исследований, где сравнивалось воздействие различных гармоник исходя из амплитуды, в работе

проведен анализ гармоник, исходя из продолжительности воздействия на среду, что важно для процесса подготовки землетрясения.

Глава II. ПРЕДВЕСТНИКИ ЭМИ НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ

Во второй главе анализируется зависимость ЭМИ предвестников от параметров землетрясений и сил гравитационного прилива на примере сейсмических событий, зарегистрированных на КМВ полигоне.

Поиск предвестника землетрясений проводится на фоне регулярных суточных, сезонных вариаций и иррегулярных возмущений геофизических параметров, под действием внешних факторов иной природы (метеорология, грозы, техногенные источники и др.). Эти возмущения в значительной мере определяются локальными условиями в районе проведения наблюдений (широтой местности, орографией, близостью источников индустриальных помех и др.). Приводимые далее результаты относятся к району Кавказских Минеральных Вод, где расположен КМВ полигон ФГУГП «Кавказгеолсъемка», вместе с которым с 1990 г. ИФЗ РАН проводит планомерные исследования ЭМИ предвестников.

Изучение ЭМИ предвестников проводится на основе долгосрочных исследований электромагнитных атмосферных шумов. Результаты этих исследований дают основания сделать выводы о наличии в фоновых вариациях ЭМИ литосферной составляющей, вследствие локальной тектонической активности.

ЭМИ и неупругие деформации

В многочисленных исследованиях сейсмоаномального ЭМИ, выполненных в различных странах, отмечается его важное свойство — отсутствие заметных возмущений непосредственно в момент землетрясения при прохождении в пункте измерения сейсмической волны. ЭМ излучение, продолжительностью от десятков минут до нескольких суток, может заканчиваться за значительное время до события или непосредственно в момент землетрясения. Но ни в одной из многочисленных работ не отмечено заметного всплеска ЭМИ при прохождении сейсмической волны. Отсутствие ЭМИ от сейсмической волны является принципиально важным свойством, характеризующим природу его генерации, и представляет интерес с двух точек зрения. Во-первых, это

свойство деформационного процесса подготовки землетрясения, включая процесс начавшегося разрушения в очаге, и, во-вторых, это характеристика среды на интенсивное деформирование при прохождении сейсмической волны. Специальные исследования этот эффект подтвердили, в которых сигнал регистрировался в «живом» виде на магнитную ленту с чувствительностью на порядок выше, чем при обычной регистрации предвестников. Эти результаты находят объяснение при рассмотрении процесса неупругого деформирования горных пород, порождающего ЭМИ в период, предшествующий землетрясению. Отсутствие ЭМИ эффектов при «быстрых» деформациях горных пород в момент прохождения сейсмической волны при скоростях деформирования, на порядки превышающих скорости возможных деформаций в период подготовки землетрясения, объясняется тем, что такие деформации являются линейно упругими, в полном соответствии с положениями Б.В. Кострова. При продолжительном нагружении развивающийся процесс неупругих деформаций в очаге готовящегося землетрясения, и как следствие в зоне подготовки (включая и поверхностные слои земной коры) в соответствии с эффектом A.B. Степанова порождает электрические эффекты. Тем самым, возникновение ЭМИ аномалий следует рассматривать как развитие неупругих деформаций во всей зоне подготовки.

Приливы и ЭМИ-предвестники.

Из опыта предыдущих исследований ЭМИ предвестников в различных сейсмоактивных регионах Земли следует, что аномальные возмущения возникают в достаточно широком временном интервале - от нескольких часов до нескольких суток. Нет сомнения, что вариабельность прогностических параметров — следствие ряда причин (параметров землетрясения, условий и средств наблюдения). Так, наблюдения, выполненные Ямазаки в Японии вариометром электросопротивления, обнаруживают длительность аномального сигнала от десятков минут до нескольких часов. Эти данные получены на удаленных сильных событиях М > 7.

В контрасте с этими данными наблюдения на КМВ полигоне демонстрируют продолжительность аномалий до нескольких суток. Но в этом случае наблюдения ведутся на слабой фоновой сейсмичности, при которой удар М ~ 5 — редкое событие.

В ряде теоретических и экспериментальных работ в основу механизма

заключительной стадии подготовки удара положен процесс ползучести (крипа). (Benioff, Rice et. al.). В реальной среде горного массива крип реализуется нарастающей последовательностью отдельных хрупких нарушений (трещинообразования). Каждый элементарный акт разрушения происходит в области концентрации критических напряжений и может быть спровоцирован незначительным внешним воздействием. С учетом пространственного масштаба это можно отнести и к самому акту землетрясения. В этой связи, следуя мнению ряда ученых, логично предполагать, что такой внешней силой могут служить гравитационные силы регулярных приливных вариаций.

По данным многолетних наблюдений с использованием одного из наиболее чувствительных методов косвенного контроля за деформационными процессами вблизи места измерений (ЭМИ), было исследовано, как время возникновения предвестника соответствует фазам приливных гармоник в диапазоне периодов от 0.5 до 27 суток. Обнаружено, что аномалии ЭМИ в 77% приходятся на стадию подъема гармоники ММ или MF, причем в большинстве случаев момент возникновения предвестника приходится на максимум скорости указанных гармоник.

Продолжительность ЭМИ предвестника и нормированное эпицентрапьное расстояние.

Распределение длительности предвестника в зависимости от эпицентрального расстояния демонстрирует облако точек, без какой-либо видимой зависимости. Это свойство типично для различных геофизических параметров и отмечается большинством авторов. Введение расстояния R/R*, нормированного радиусом зоны подготовки R', трансформирует хаотическое распределение точек в группу, которая ограничена прямой, проведенной через пограничные точки, определяемые по максимальной продолжительности предвестника в трех группах землетрясений: 0.4<R/R' z0.6 , 06<R/R' <0.8 , 0.8 < R/R' 5 0.85 .

Эти пограничные значения (обозначенные кружками на рис. 1) могут интерпретироваться, как предельная продолжительность предвестника для соответствующего нормированного эпицентрального расстояния R/R*. Продолжительность предвестника г меньше критической (точки ниже сплошной прямой), естественно объяснить его нечетким, неадекватным проявлением вследствие мозаичности пространственно-временного

распределения деформаций, неоднородностью поля напряжений, различной тензочувствительностью пункта измерения или особенностями механизма конкретного землетрясения.

Воспользовавшись формулой приведения продолжительности предвестника к эпицентральной зоне Т{= г(1-г, /Л')"' для пограничных точек Ту, получим значения, обозначенные квадратами.

Проведенная через значения 7} линия регрессии, пересекает ось ординат при Т0 ~40 ч. Значения 7/ вычислены для землетрясений разных магнитуд, что свидетельствует об отсутствии зависимости 7}- от магнитуды, по крайней мере, в диапазоне М ~ 3-5.

Знаменательно, что обе прямые пересекают ось ординат при близких значениях (42.9 и 41.6). Отметим, что этот анализ проведен для наиболее отчетливых случаев возникновения предвестника зарегистрированных на одной станции, на одной частоте, в непрерывном режиме измерений.

Тем самым, из приведенного исследования следует сделать предварительный вывод о том, что в районе КМВ полигона оценка времени развития активной стадии деформационного процесса подготовки, предшествующего разрушению, составляет около 40 часов.

Глава III. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ФАЗЫ ПРИЛИВА

Полученные в главе II результаты свидетельствуют о существенной роли процессов неупругого деформирования при подготовке землетрясения. Тектонические силы являются не единственными силами воздействия на земную кору.

В третьей главе приводятся статистические исследования воздействия приливных сил на процесс подготовки землетрясения. Для этой цели при помощи программы ETERNA вычислены фазы основных приливных гармоник на моменты землетрясений в ряде сейсмичных регионов Земли. Основной задачей этой главы была попытка обнаружить зависимость сейсмичности от фазы приливных гармоник, что свидетельствовало бы о существовании тригтерного эффекта и роли неупругой составляющей в поле приливных вариаций.

Источниками всех приливных явлений служат изменения компонентов приливной силы, выражающиеся в циклическом изменении вектора силы тяжести, смещению земной поверхности, а также к линейной, сдвиговой и объемной деформации.

В реальной крайне неоднородной и иерархично расчлененной земной коре смещения горных масс способны вызывать значительные деформации. Тем самым, приливные силы способны оказать заметное влияние на процесс подготовки землетрясения, что и позволяет говорить о триггерном эффекте, или спусковом механизме разрушения.

Поиск возможной зависимости сейсмичности от приливных сил осуществлен на примере вертикальных компонент смещения и деформации, как наиболее часто рассматриваемой характеристики приливного воздействия на сейсмоактивный слой. Теоретически, в рамках упругой модели Вара, вертикальное смещение пропорционально вертикальной деформации.

Подобный статистический анализ предполагает наличие большого числа событий. Поэтому для анализа выбраны наиболее сейсмоактивные районы, с числом событий М > 3 не менее 5000 в каждом, что обеспечило достоверность оценок по критерию согласия х2. Полное число принятых к расчету землетрясений составило более 139 ООО.

-180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180

1 - Памир-Гкндукуш 4 - Япония 7 - Сан-Андрсас

2 - Аляска-Алеуты 5 - Греция 8 - Индонезия

3 - Аллска-магерик 6 - Океания 9, 10 - Чили, Чили-Материк

Рис 2. Регионы сейсмичности, выбранные для анализа.

Один из дискуссионных методических вопросов — разделение гармоник на основные и второстепенные в сложной суперпозиции приливных колебаний. Как показала практика, расчет по всей совокупности гармоник, если и возможен, приводит к неопределенности при интерпретации результатов. Поэтому автор ограничился индивидуальным рассмотрением девяти гармоник в четырех диапазонах периодов 27, 14, 1, 0.5 сут. Отобранные гармоники различаются по интенсивности приливных сил и по времени воздействия на среду, что существенно для триггерного механизма, принимая во внимание характерное время развития конечной стадии подготовки землетрясения.

Как и в исследованиях других авторов, в качестве опорного был выбран район Памиро-Гиндукушской континентальной зоны, наиболее удаленный от влияния океанического прилива. Для сравнения были взяты районы с разными геофизическими условиями (Рис. 2).

На рис. 3 представлены гистограммы числа землетрясений на 8 классов по фазам гармоник ММ, МБ, 01, Р1, К1, N2, М2, Б2, К2 для района Памиро-Гиндукушской континентальной зоны. Аналогичные расчеты проведены для разбиения на 16 классов. Полученные разбиения не поддаются простому визуальному анализу.

/

ОММ(27 55Х0 082)

0,0 о с иь Ъпп

РРИ1 оако 37)

"7я/4"2Я - "я 14"2п /4"3я /4" V 'ЬпЛ'ЪпПГ

•Тп /4" "2(1_ "а /4' *?п /4"3я М' V '5я /4*317 /2'

*7я/4"2я' "я/4"2я/4—ЗяМ' 'я* "5я/4-Зл/2*

690 670 650 630 610

□ Р1(1 003X0 175)

,ОК1(0 99X0 529)

О N2(0 53*0 173)

"7я /4* "2*" 'я/4"2л/4-Зя/4" 'я* '5я/4'3я'2* *7я/4" *2я* *я /4"2я /4"3я /4" *я" "ЗяМ-Зя/Г "7я|4* *2я* 'я М* '2я /4"3я /4" *я* *5яМ-3 я/Г

□ М2(0 52)(0 908)

,а 52(0 50X0 422)

□ К2(0 49Х0 1148)

"7я/4"2я' -я/4"2я/4-Зя/4* V "5я/4"3я*7я/4р -2я" "я/4"2л М~3я/4* V *5яМ~Эя?Г "7я/4"2я" 'я(4"2я/4"Зя/4' 'я" Г2"

Рис 3 Распределение событий по фазам приливных гармоник для района Памир-Гиндукуш. В скобках приведен период гармоники в сутках и амплитуда изменения

приливного потенциала.

Для определения степени достоверности полученных результатов использовался критерий согласия х2 Пирсона (рис 4). Нулевая гипотеза в данном случае предполагает, что сейсмическое событие не зависит от фазы рассматриваемой приливной гармоники и, значит, равновероятно может попасть на любую ее фазу. Тем самым, нулевой гипотезе отвечает равномерное (прямоугольное) распределение числа случайных событий (землетрясений) по фазам. Вероятность того, что полученное конкретное эмпирическое распределение могло бы иметь место при заданном теоретическом распределении вероятностей, оценивалась с помощью критерия

_ у —Мр,) с степенями свободы. Здесь к — число классов

м Щ

эмпирического распределения; N — общее число сейсмических событий; и, — фактическое число событий в г-м классе; р, — теоретическая вероятность того, что событие попадет в г'-й класс. В нашем случае, когда период Т гармоники

разделен поровну на к классов, р, = —.

Рис 4. Критерий согласия х2 исследуемых гармоник для четырех районов.

Наряду с вычислением критерия X* был рассчитан доверительный интервал для параметра биномиального распределения по следующей методике:

N— общее число событий;

и, — столбец гистограммы с наибольшим отклонением от среднего значения;

9 — вероятность попадания в каждый класс при нулевой гипотезе, соответственно для двух видов разбиений на 8 и на 16 классов.

Поскольку количество событий N велико, то статистика I = ^

^0.(1-6)

распределена приближенно нормально с параметрами 0 и 1.

Получено, что при доверительной вероятности > 99% фактические гистограммы числа землетрясений, попавших на разные фазы гармоники ММ во всех рассмотренных зонах сейсмичности, а для гармоники МР для большинства зон, не соответствуют нулевой гипотезе, что указывает на зависимость распределения числа землетрясений от фазы гармоник ММ и МР (рис 5).

Сравнительное число сейсмических событий на стадиях поднятия (растяжения) и опускания (сжатия) в целом согласуется с известными выводами механики о несимметричном характере воздействия нагружения и разгрузки.

Рис 5. Вероятность полученного максимального значения на гистограмме при равномерном распределении числа землетрясений по фазам гармоник (рассчитанная для биномиального распределения).

По районам Памир-Гиндукуш, Аляска и Япония число сейсмических событий на полупериоде поднятия превышает их число на полупериоде опускания на гармониках 27.55 сут. (ММ), 13.66 сут. (МБ) и 0.535 сут. (М2) для всех выбранных районов. Короткопериодные гармоники 01, Р1, N2, Б2 и К2 не демонстрируют такой устойчивости.

Глава IV. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ НЕУПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ КРАТКОСРОЧНОГО МАСШТАБА ВРЕМЕНИ

Результаты, полученные во второй и третьей главе, позволяют усовершенствовать систему регистрации предвестников для повышения эффективности краткосрочного прогноза.

Изучение свойств краткосрочных предвестников, с одной стороны, определяется возможностями аппаратуры, с другой — результаты исследований расширяют эти возможности. Достаточно сравнить уровень

экспериментальной техники 60-х годов в начале данных исследований и современную компьютерную технологию регистрации и анализа данных в реальном времени, которая позволяет перейти к следующему этапу — практическому применению разработанных методов.

Это в свою очередь ставит задачу своевременного принятия решений. В силу того, что для краткосрочного прогноза время на принятие решений сокращается до минимума, предложенная схема нацелена на оперативный режим обработки данных с сети пунктов геофизических наблюдений, что позволяет оценить вероятность возникновения землетрясения в районе наблюдений.

Программно-аппаратный комплекс предназначен для проведения экспериментальных исследований по проблеме прогноза землетрясений краткосрочного масштаба времени. Комплекс осуществляет измерение, сбор, передачу, компоновку, отображение, хранение и перенос геофизических данных на другие носители информации.

Комплекс построен по принципу непрерывной регистрации импульсного электромагнитного сигнала методом счета амплитудных превышений заданных порогов сигнала.

Входной сигнал ограничивается порогом чувствительности аппаратуры и динамическим диапазоном. При этом чувствительность выбирается по характеру регистрации естественного уровня помех и составляет напряженность электрического поля от 100 /tV/m при динамическом диапазоне ~ 60 dB.

Для каждого из высокоскоростных каналов используется алгоритм формирования амплитудно-частотного распределения сигнала. При этом весь диапазон значений регистрируемого сигнала подразделяется на п интервалов в логарифмическом масштабе. В процессе измерений новая порция данных (за исключением отфильтрованных), отслеживается на кривой распределения с заданной периодичностью опроса. Уровень сигнала отсчитывается от нулевого порога, задаваемого по результатам предварительного исследования естественного ЭМ фона и помех.

Математические методы анализа предполагают непрерывность выборки, что достигается регистрацией данных в непрерывном долгосрочном режиме. Чтобы быстрее получить статистически значимый результат измерения ведутся на сети станций. Автором предлагается принцип централизованного

обслуживания, контроля сети станций' И анализа получаемых' данных, что может заметно повысить эффективность проводймых Измерений и построения (уточнения) соответствующих модельных представлений. Разработанные алгоритмы и ПО реализованы в Программно аппаратном комплексе «Аларм-Сейсмо», прошли лабораторные и натурные испытания, внедрены в практику прогностических исследований на геофизических полигонах МЙР РФ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Низкочастотные приливные гармоники (ММ, МБ с периодами 27.55, 13.66 сут. соответственно) оказывают влияние на процесс подготовки землетрясений, что подтверждается связью фазы этих гармоник с моментом возникновения предвестников.

2. Использование эпицентрального расстояния, нормированного радиусом зоны подготовки, позволило обнаружить независимость продолжительности предвестника, приведенной к эпицентральной зоне от энергии землетрясения в диапазоне магнитуд М ~ 3-5.

3. Исследованием зависимости интенсивности ЭМИ аномалии от параметров землетрясений показано, что суммарное значение числа зарегистрированных импульсов, отнесенное к продолжительности аномалии, устойчиво держится около 5000 импульсов в час. Тем самым обнаружен дополнительный прогностический признак.

4. Длительность предвестника в пересчете на эпицентральную зону составляет около 40 часов.

5. Обнаружено статистически значимое влияние низкочастотных приливных гармоник ММ и МБ на процесс подготовки землетрясений. Для более сильных полусуточных и суточных гармоник столь отчетливые связи с сейсмичностью не проявляются. Эти выводы подтверждаются расчетами критерия достоверности эмпирического распределения х2.

6. Разработаны алгоритмы и ПО по анализу данных ЭМИ в режиме Приближенном к реальному времени, реализованные в программно-аппаратном сейсмопрогностическом комплексе «Аларм-Сейсмо»

Основные результаты исследований представлены в публикациях:

1. Моргунов В. А., Здоров А.Г. Степанов М.В., Мальцев С.А., Данилов В.И. 2004. Электромагнитные предвестники и краткосрочный прогноз землетрясений. Исследования в области геофизики. К 75-летию Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта. Москва, ОИФЗ РАН. с. 109-118.

2. Здоров А.Г., Моргунов В.А., Степанов М.В., 2004, Электромагнитные предвестники землетрясений (М - 3-4) на Кавминводском полигоне. Физика Земли, №12, с. 48-57.

3. Моргунов В.А., Боярский Э.А., Степанов М.В., 2005, Приливы и землетрясения. Физика Земли, № 1. с. 74-88.

Тезисы докладов:

1. Morgounov V.A., Zdorov A.G., StepanovM.V. Further experience of short-term scientific EQ prediction at North Caucasus and hardware-software system "Alarm-Seismo 002". Ill International Workshop on Magnetic, Electric and Electromagnetic Methods in Seismology and Volcanology 2002. Russian Academy of Sciences. Moscow 2002. p. 234.

2. Моргунов B.A., Степанов M.B. 2003. Вариации интенсивности электромагнитных шумов атмосферы в цикле солнечной активности. Сб. трудов. Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству. Владимир 21-26 сент. 2003 г. с. 58-61.

3. Stepanov M.V., Zdorov A.G. and Morgounov. V.A. 2004. Further experience of short term scientific earthquake prediction at North Caucasus and hardwaresoftware system ALARM-SEISMO 002". Symposium of Seismic Hazard Evaluation and Risk Reduction. 5-th Asian Seismological Commission General Assembly 2004. October 18-21,2004. Yerevan.

4. Stepanov M.V., Zdorov A.G. and Morgounov. V.A. 2004. Hardwaresoftware system "ALARM-SEISMO 002" and short term scientific earthquake prediction at North Caucasus. Тезисы докладов Международной конференции: «Проблемы оценки сейсмической опасности, сейсмического риска и прогноза землетрясений». 7-8 октября 2004 г. Ташкент.

PH Б Русский фонд

2006-4 1114

7 s ноя im

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Степанов, Михаил Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, КАК ИНДИКАТОР ДЕФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕСС А.

1.1. ЭМИ и неупругие деформации.

1.2. Основные этапы развития ЭМИ метода в СССР.

1.3. Исследования ЭМИ за рубежом.

1.4. Исследования ЭМИ на Кавминводском полигоне.

1.5. ЭМИ и приливные вариации.

ГЛАВА И. ПРЕДВЕСТНИКИ ЭМИ НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ.

2.1. Суточные и приливные вариации ЭМИ.

2.2. ЭМИ в период развития неупругих деформаций.

2.3. Методические приемы выделения аномального ЭМИ на фоновых вариациях ЭМ поля атмосферы. ЭМИ и расчетная деформация.

2.4. Приливы и ЭМИ-предвестники.

2.5. Интенсивность ЭМИ и деформация поверхности.

2.6. Продолжительность ЭМИ предвестника и нормированное эпицентральное расстояние.

2.7. Вариации интенсивности электромагнитных шумов атмосферы в цикле солнечной активности.

2.8 ЭМИ и ММП.

2.9 Различные факторы воздействие на фоновое ЭМИ.

Выводы по главе II:.

ГЛАВА III. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ФАЗЫ ПРИЛИВА.

3.1. Деформации волн приливов и процесса подготовки землетрясения.

3.2. Основные гармоники прилива и сейсмичность Земли.

3.3. Исходные данные.

3.3. Моменты землетрясений и приливная гармоника суточного и полусуточного масштаба времени.

3.4. Полоса частот в суточном и полусуточном диапазонах.

3.6. Япония, Тайвань, Греция, Сан-Андреас, Чили, Индонезия, Океания.

3.7. Аляска-Алеуты и материковая Аляска.

3.8. Фаза прилива и глубина очага.

3.9. Фаза прилива и магнитуда землетрясения.

3.10 Расчет доверительной вероятности.

3.11 Неравномерность распределения землетрясений по фазам гармоник прилива.

Выводы по главе III.

ГЛАВА IV. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КРАТКОСРОЧНЫХ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

4.1 Назначение комплекса и принцип построения.

4.2. Алгоритмы, реализованные в аналого-цифровом контроллере.

4.3. Задача построения программного обеспечения: специальный пакет ПО.

4.4. Служба времени.

4.5 Научный анализ данных, построение моделей, перспективы развития комплекса.

4.6 Организация взаимодействия компонентов комплекса.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Изучение краткосрочных предвестников землетрясений методом электромагнитной эмиссии"

Изучение деформационных процессов горных пород в условиях их естественного залегания представляет большой интерес для фундаментальной науки при исследовании геодинамических процессов, сейсморайонирования, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Трудно оценить, что более важно в этом направлении: его фундаментальное значение или практические приложения. К данной проблеме следует отнести и изучение более быстрых подвижек вблизи поверхности Земли естественного и антропогенного происхождения в связи с прокладкой тоннелей, эксплуатации шахт, строительством трубопроводов, инженерных сооружений, объектов повышенной экологической опасности (АЭС, химических производств и др.). Особое значение данное направление имеет для проблемы поиска надежных методов своевременного предупреждения о сейсмической опасности и других геодинамических событий (обвалы, горные удары, оползни).

Многие десятилетия велась разработка методов и аппаратуры прямых деформационных измерений на геологических объектах. Созданы уникальные приборы, позволяющие проводить измерения относительной деформации и наклонов поверхности. Современные космические технологии (GPS) дают возможность получить данные о скоростях движения тектонических плит и континентов.

Вместе с тем до настоящего времени, деформационные измерения, хорошо зарекомендовавшие себя для отдельных типов движений, как следует из опыта долгосрочных натурных наблюдений, не дают должной результативности при исследовании заключительной стадии прогнозирования землетрясений. Результаты прямых измерений, которые принимаются за основу при построении физических механизмов подготовки сейсмического удара, противоречивы, что дает основание для справедливой критики и сомнений в результативности применяемых методов (Johnston, et al, 1994; 2002).

До настоящего времени в научной печати ведется оживленная дискуссия, существуют ли подобные быстрые движения в эпицентральной зоне или в зоне подготовки накануне удара, дающие принципиальную возможность поиска предвестников и разработки методов краткосрочного прогноза землетрясений.

С 60-х годов прошлого века в России обнаружено явление возникновения электромагнитного излучения (ЭМИ) непосредственно перед землетрясением и с тех пор проводятся всесторонние исследования этого типа геофизического поля, как параметра косвенного мониторинга динамики напряженно-деформируемого состояния земной коры вблизи поверхности. Несмотря на достаточно долгую историю развития данного метода его относят к разряду нетрадиционных.

В практике разработки и эксплуатации горных выработок с успехом используется метод регистрации акустической эмиссии (АЭ). Несомненна логическая связь явления акустической и электромагнитной эмиссии при деформировании горных пород. Эта связь обусловлена различными механизмами дислокационной природы, сопутствующими деформации любого твердого тела и горных пород, в частности. Исследования геоакустической эмиссии имеют более длительную историю и неоднократно предпринимались попытки применения этого параметра для изучения предвестников землетрясений (Грешников 1976, Савич 1979, Виноградов 1989, Bogomolov et al., 2004). В немногочисленных случаях это приводило к обнадеживающим результатам (Анциферов 1969, Моргунов и др. 1991, Беляков и др, 1996). Однако из сравнительного анализа публикаций по тому и другому параметру нельзя не признать, что метод ЭМИ зарекомендовал себя на практике как более результативный метод контроля за геодинамическими явлениями. Приведем несколько ссылок для иллюстрации широкого распространения российского метода в мире: Япония, Италия, Греция и др. (Воробьев 1970а,б; Nagao et al., 2002; Mauro et al., 2002; Meloni et al., 2004; Eftaxias et al. 2002).

Объяснение этому можно найти в анализе степени зашумленности этих геофизических полей при наземном и подземном расположении датчиков, степени затухания сигнала с расстоянием, методологии проведения измерений. То обстоятельство, что метод акустической эмиссии получил большее распространение при подземном расположении датчиков, а ЭМИ при наземном расположении антенн, свидетельствует о превалирующей роли отношения сигнал/шум в тех и других условиях.

В середине 60-х годов чл.-корр. РАН А.А.Воробьевым (1970) была высказана гипотеза о том, что процессу предшествующему хрупкому разрушению сопутствует этап активного деформирования в зоне очага, при котором имеют место предельные напряжения и деформации, неизменно сопровождающиеся процессами электризации, в результате которых может происходить пробой горных пород. Это побудило А.А. Воробьева использовать термин «подземные грозы». Им же была разработана методика измерений и проведены первые наблюдения импульсного ЭМИ в сейсмоактивных районах. Практика исследований ЭМИ предвестников за последующие десятилетия внесла существенные коррективы в исходные представления о природе сейсмоаномальных ЭМ возмущений. Тем не менее, метод получил широкое распространение, в том числе и за рубежом, и доказал высокую информативность.

К настоящему времени электромагнитные методы исследования заключительного этапа подготовки землетрясения прочно заняли лидирующие позиции в комплексе с другими методами. Обсуждение результатов изучения электромагнитных явлений, сопутствующих процессу деформации земной коры в совокупности с космическими технологиями включены в тематику традиционных международных симпозиумов и, более того, эти вопросы, предмет специально созданных рабочих групп в IUGG, EGS, MEEMSV, MARELEK. Достаточно упомянуть, что со времени первых и единичных публикаций в отечественной печати, т.е. с середины 60-х годов, на протяжении последних десятилетий их число достигло многих сотен в год, в том числе и в ведущих зарубежных геофизических журналах (JGR, Geoph. Res.Lett, Annali di Geophysica, J. App. Geoph, Tectonophysics, J. Atmosph. Electricity и др.).

В настоящее время издан ряд монографий, обобщающих многолетний опыт исследований ЭМ явлений в нагруженных горных породах в условиях их естественного залегания (Гохберг и др. 1988; Gokhberg et al., 1995; Hayakawa et al., 1994). Вышесказанное позволяет сделать вывод о несомненной перспективности дальнейшего развития данного направления, предложенного в России.

Одним из принципиальных вопросов, обсуждаемых в данной работе, является вопрос о причинно-следственных связях наблюдаемых сейсмоаномальных электромагнитных процессов с природой сопутствующих явлений (геомагнитных возмущений, приливов). В этой связи методически важен вопрос об исследовании фона в электромагнитном поле, на уровне которого производится определение специфического сигнала, принадлежащего исследуемому деформационному процессу. Эти вопросы являлись предметом специальных исследований в ряде диссертационных работ (Хусамиддинов 1981, Токтосопиев 1987; Здоров 2002, и др.). Однако, до настоящего времени эти исследования не выходили за рамки анализа периодов записи за ограниченный интервал времени, включая нарушения в суточном ходе фона, грозовую активность и др.

С развитием технологии проведения геофизического эксперимента и, в особой степени, с использованием современной вычислительной техники, радикально изменились методы и принципы построения аппаратуры, что позволило перейти к более глубокому анализу структуры самого электромагнитного сигнала. Это в свою очередь открыло новые возможности выделения полезного сигнала по алгоритмам амплитудного и спектрально-временного анализа, а непрерывные режимные наблюдения позволили изучить долгопериодные вариации фона ЭМИ за многолетний период. Однако до настоящего времени вопросы изучения пространственно-временных характеристик наблюдаемых эффектов остаются малоизученными, главным образом из-за ограниченности сети наблюдательных станций.

Существование предвестников, в том числе и ЭМИ предвестников, в настоящее время не вызывает сомнений. Это обстоятельство само по себе свидетельствует о связи ЭМИ с деформационными процессами в Земле. Однако это не решает основного противоречия об отсутствии надежных экспериментальных данных по корреляции регистрируемых аномалий в АЭ и ЭМИ, возникающих перед землетрясениями, с прямыми наблюдениями за деформациями в зоне подготовки землетрясения (Эйби 1982).

Отсутствие четких соответствий между косвенными свидетельствами деформирования зоны подготовки и прямыми измерениями деформаций находит качественное объяснение с позиций мозаичности строения земной коры и распределения напряженного состояния среды, но не уменьшает степени важности исследования механизма таких связей. Частично эти вопросы решаются методами лабораторного моделирования. Но в этом случае возникают не менее сложные вопросы о критериях подобия процесса разрушения, протекающих в существенно отличных пространственных масштабах.

В этой связи обращает на себя внимание явление прилива, в котором объемные силы, постоянно действующие на земную кору, вызывают адекватные сторонней силе деформации. С учетом широкого диапазона периодов вариаций в циклическом воздействии гравитационных сил на среду, в последней могут иметь место процессы неупругого деформирования, в той или иной степени присущие любому типу нагружения горных пород.

В данной работе предпринимается еще одна попытка выделения неупругой составляющей деформационного поля лунно-солнечного прилива по данным сейсмичности и непрерывных измерений электромагнитного фона. Полученные в работе результаты находят согласие с моделью описания заключительной стадии подготовки землетрясения, непосредственно предшествующей удару с единых позиций на основе явления ползучести (крипа) нагруженных горных пород (Моргунов 2001).

В данной работе проводится дальнейший анализ ЭМИ предвестников землетрясений зарегистрированных на КМВ полигоне к.ф.-м. наук А.Г. Здоровым. Эти предвестниковые аномалии выделены на основе имеющихся в настоящее время аппаратурных средств и с использованием накопленных знаний о фоне ЭМ излучения в данной местности. Проведено изучение суточного фона сигнала, его сезонного хода, а также техногенного шума. На основе изучения морфологии электромагнитного шума атмосферы производится выделение полезного сигнала. Нужно отметить, что полезный сигнал существенно отличен от всех помех природного и техногенного происхождения. Его отличительные особенности еще с трудом поддаются формализации на современном этапе. Но при непрерывном контроле за состоянием фона его нетрудно выделить из шума. Это дало основание подавать успешные научные прогнозы локальных землетрясений на территорию прилегающую к КМВ полигону. В силу того, что эта часть работы подробно описана в его диссертационной работе (Здоров 2002) мы не будем останавливаться на ней подробно и приведем основные выводы. В частности, им установлено, что предвестниковые вариации ЭМИ возникают от нескольких десятков часов до нескольких суток перед моментом сейсмического события и проявляются в виде резкого (в течение десятков минут) увеличения скорости счета импульсов ЭМИ, превышающей в десять и более раз уровень фона. Аномальные вариации редко имеют квазиустойчивый вид, чаще они проявляются в виде серии отдельных всплесков, чередующихся с замираниями. Фаза сброса характеризуется таким же контрастным спадом, что и фаза нарастания. Продолжительность аномалий варьирует от 7 до 50 часов, в среднем составляя, с учетом доверительного интервала, 23±15 часа. В силу наличия резкой фазы сброса аномального ЭМИ, в качестве прогностического параметра времени сейсмического события, выбран интервал времени от момента окончательного сброса аномалии к уровню фона до момента землетрясения. По набранным данным, длительность этого интервала может изменяться от 0 до 112 часов, но предельные случаи крайне редки. Средняя продолжительность временного интервала между окончанием аномалии и моментом землетрясения составляет 37±16 часов, т.е. именно с такой точностью возможно прогнозировать момент времени землетрясений. (Здоров А.Г. 2002).

При индивидуальности каждого из сейсмических событий, регистрируемых на различных удалениях, глубинах и магнитудах, расчеты, проведенные в нормированных эпицентральных расстояниях в рамках модели релаксирующего крипа, дают возможность оценить характерное время развития процесса ползучести, предшествующего удару, тем самым получить важный критерий контроля за процессом подготовки в реальном времени. Использование современных методов анализа данных предполагает соответствующий уровень развития методов измерений.

В Главе IV приведены основные принципы построения программно-аппаратного комплекса «Аларм-Сейсмо», реализованного практически, построения системы наблюдения и разработки алгоритмов оперативного анализа данных. Комплекс прошел экспериментальное опробование и внедрен в опытную эксплуатацию на геофизических полигонах МПР.

В работе используются данные мирового каталога землетрясений, программа ETERNA для расчета приливных вариаций, данные по ЭМИ фону и предвестникам на Кавминводском полигоне Северного Кавказа.

Актуальность работы заключается в изучении характерных особенностей предвестника на заключительной стадии подготовки тектонического землетрясения, определению критериев построения алгоритмов оперативного анализа данных и построения соответствующих устройств, а также триггерного воздействия приливных сил на процесс подготовки землетрясения и необходимости разработки надежных способов контроля за неупругими деформациями верхних слоев земной коры для мониторинга опасности вследствие таких геодинамических событий, как тектонические подвижки, оползни, горные удары, землетрясения.

Цели и задачи исследований.

Целью настоящей работы является изучение пространственно-временной структуры электромагнитных предвестников землетрясений уровня фоновой сейсмичности, разработка методики выделения полезного сигнала на уровне естественных вариаций иной природы и разработка алгоритмов анализа данных в режиме реального времени.

При этом решались следующие задачи.

Поиск характерных особенностей в пространственно-временном распределении ЭМИ предвестников слабых землетрясений (М ~ 3-4) в нормированных координатах. По совокупности данных за 12 летний период наблюдений за ЭМИ предвестниками определение характерного времени развития деформационного процесса непосредственно вблизи очага. Определения роли спектральных составляющих лунно-солнечного прилива (0.5-27 суток) в процессах неупругого деформирования Земной коры и их связи с сейсмичностью различных сейсмоактивных районов. Изучение уровня и спектральных составляющих естественных электромагнитных шумов атмосферы в диапазоне периодов приливных вариаций. Расчет распределения времени возникновения ЭМИ предвестника в фазе прилива для различных гармоник. Разработка принципов построения программно-аппаратного комплекса для регистрации краткосрочных предвестников землетрясений.

Основные защищаемые положения.

1. Низкочастотные приливные гармоники (MM, MF с периодами 27.55, 13.66 сут. соответственно) оказывают влияние на процесс подготовки землетрясений, что подтверждается связью момента возникновения предвестников с фазой этих гармоник.

2. Установлена независимость продолжительности предвестника, приведенной к эпицентральной зоне, от энергии землетрясения в диапазоне магнитуд М ~ 3-5.

3. Установлено статистически значимое влияние низкочастотных приливных гармоник ММ и MF на процесс подготовки землетрясений. В то же время более сильные полусуточные и суточные гармоники не обнаруживают устойчивых связей с сейсмичностью. Эти результаты подтверждены расчетами критерия достоверности эмпирического распределения X2.

4. Разработанные алгоритмы и созданное на их основе программное обеспечение для анализа данных ЭМИ в режиме, приближенном к реальному времени, включены в программно-аппаратный сейсмопрогностический комплекс «Аларм-Сейсмо».

Научная новизна. По исследованиям интенсивности ЭМИ предвестников обнаружено относительное постоянство суммарного числа импульсов в аномалии. Показано, что продолжительность аномалии является наиболее информативным параметром по сравнению с другими фазами сигнала. Впервые обнаружено статистически значимое превышение числа сейсмических событий от среднего (до 12%) на фазе снятия нагрузки на гармониках ММ (27.55 сут.) и MF (13.66 сут.) по сравнению с более сильными суточными и полусуточными гармониками. Это свидетельствует о важной роли процессов неупругого деформирования земной коры, в том числе и в силовом поле приливных вариаций. Обнаружение неупругой составляющей в деформационном поле длиннопериодных приливных вариаций, тем самым, подтверждает правомерность криповой модели в описании процесса подготовки землетрясения на его заключительной стадии. Впервые получена эмпирическая оценка характерного времени развития неупругих деформаций в очаге, предшествующей разрыву для землетрясений уровня фоновой сейсмичности (Rice et al., 1979, Savage, 1971, Wu et al., 1975).

Практическая ценность работы заключается в определении наиболее информативных параметров ЭМИ аномалий на фоновой сейсмичности, что дает возможность усовершенствовать алгоритмы выделения полезного сигнала на фоне вариаций иной шумовой природы. Проведенные оценки характерного времени развития наиболее активной стадии ползучести в зоне очага позволяют усовершенствовать алгоритмы выделения полезного сигнала в режиме времени приближенном к реальному. Определена более высокая вероятность землетрясений в фазе снятия нагрузки в поле гравитационного прилива на гармониках ММ и MF. Построение аналого-цифрового комплекса сбора, хранения, предварительной обработки и анализа данных по возникновению ЭМИ вследствие неупругих деформаций в режиме on line дает возможность проводить работы по своевременному предупреждению сейсмической опасности в районе проведения измерений. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для непрерывного контроля за геодинамической обстановкой в районе наблюдения.

Фактические материалы. Фактический материал представляет собой данные режимных наблюдений с 1991 по 2003 гг. на КМВ полигоне при участии автора. В работе использованы данные мирового каталога землетрясений «Advanced National Seismic System (ANSS)» и архив данных ИЗМИР АН по солнечной активности, межпланетному магнитному полю, Кр индексу, и геомагнитному полю.

Представления результатов исследования на конференциях: Основные положения были доложены на Всероссийской конференции по атмосферному электричеству 2003 г., международном симпозиуме MEESU 2002, Москва; представлены на международном симпозиуме «Seismic Hazard Evaluation and Risk Reduction, 5-th Asian Seismological Commission General Assembly 2004. October 18-21, 2004, Yerevan» и на конференции «Проблемы оценки сейсмической опасности, сейсмического риска и прогноза землетрясений». 7-8 октября 2004 г., Ташкент.

Публикации.

Основные результаты исследований представлены в публикациях:

1. Моргунов В.А., Здоров А.Г. Степанов М.В., Мальцев С.А., Данилов В.И. 2004. Электромагнитные предвестники и краткосрочный прогноз землетрясений. Исследования в области геофизики. К 75-летию Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта. Москва, ОИФЗ РАН. с. 109-118.

2. Здоров А.Г., Моргунов В.А., Степанов М.В. 2004. Электромагнитные предвестники землетрясений (М 3-4) на Кавминводском полигоне. Физика Земли, № 12 с. 48-57.

3. Моргунов В.А., Боярский Э.А., Степанов М.В. 2005. Приливы и землетрясения. Физика Земли, № I.e. 74-88.

Тезисы докладов.

1. Morgounov V. A., Zdorov A.G., Stepanov M.V. 2002. Further experience of short-term scientific EQ prediction at North Caucasus and hardware-software system "Alarm-Seismo 002". Ill International Workshop on Magnetic, Electric and Electromagnetic Methods in Seismology and Volcanology (MEEMSV). Russian Academy of Sciences. Moscow, p. 234.

2. Моргунов B.A., Степанов M.B. 2003. Вариации интенсивности электромагнитных шумов атмосферы в цикле солнечной активности. Сб. трудов. Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству. Владимир 21-26 сент. 2003 г. с. 58-61.

3. Stepanov M.V., Zdorov A.G., and V. A. Morgounov. 2004. Further experience of short term scientific earthquake prediction at North Caucasus and hardware-software system "ALARM-SEISMO 002". Symposium of Seismic Hazard Evaluation and Risk Reduction. 5-th Asian Seismological Commission General Assembly 2004. October 18-21, 2004. Yerevan.

4. Stepanov M.V., Zdorov A.G., and V.A. Morgounov. 2004. Hardware-software system "ALARM-SEISMO 002" and short term scientific earthquake prediction at North Caucasus. Тезисы докладов Международной конференции: «Проблемы оценки сейсмической опасности, сейсмического риска и прогноза землетрясений». 7-8 октября 2004 г. Ташкент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов. Общий объем диссертации составляет 190 страниц, включая 48 иллюстраций и 7 таблиц. Список литературы содержит 141 наименование.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Степанов, Михаил Владимирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Низкочастотные приливные гармоники (MM, MF с периодами 27.55, 13.66 сут. соответственно) оказывают влияние на процесс подготовки землетрясений, что подтверждается связью фазы этих гармоник с моментом возникновения предвестников.

2. Использование эпицентрального расстояния, нормированного радиусом зоны подготовки, позволило обнаружить независимость продолжительности предвестника, приведенной к эпицентральной зоне от энергии землетрясения в диапазоне магнитуд М ~ 3—5.

3. Исследованием зависимости интенсивности ЭМИ аномалии от параметров землетрясений показано, что суммарное значение числа зарегистрированных импульсов, отнесенное к продолжительности аномалии, устойчиво держится около 5000 импульсов в час. Тем самым обнаружен дополнительный прогностический признак.

4. Длительность предвестника в пересчете на эпицентральную зону составляет около 40 часов.

5. Обнаружено статистически значимое влияние низкочастотных приливных гармоник ММ и MF на процесс подготовки землетрясений. Для более сильных полусуточных и суточных гармоник столь отчетливые связи с сейсмичностью не проявляются. Эти выводы подтверждаются расчетами критерия достоверности эмпирического распределения X2.

6. Разработаны алгоритмы и ПО по анализу данных ЭМИ в режиме приближенном к реальному времени, реализованные в программно-аппаратном сейсмопрогностическом комплексе «Аларм-Сейсмо».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленными задачами в настоящей работе проведено рассмотрение различных аспектов проблемы поиска надежных предвестников землетрясений. Без преувеличения можно сказать, что это одна из самых трудных проблем геофизики. Существует мнение, что в силу сложности строения земной коры и не контролируемости условий нагружения, прогноз землетрясений вряд ли осуществим. Тем не менее, в силу особой важности вопроса такие страны как Япония, Китай, Греция, Италия и др. ведут планомерные исследования по проблеме. Если ранее подвергался сомнению сам факт возникновения предвестников, то сейчас основная проблема - поиск закономерностей их генерации, изучению пространственно-временного распределения, для установления основных закономерностей их генерации. Этому и посвящена настоящая работа.

Исследования были выполнены на основе долговременных режимных наблюдений методом ЭМИ в частотном диапазоне 1-3 кГц на Кавминводском (КМВ) полигоне за период непрерывной регистрации 19912003 гг. Район Минеральных Вод характеризуется умеренной фоновой сейсмичностью, для которого землетрясение с магнитудой М=4 неординарное событие. Изучение предвестников на слабой сейсмичности самостоятельная и интересная задача. Это своего рода натурное моделирование подготовки сильного землетрясения.

Земная кора находится под влиянием различных сил. Наряду с тектоническими силами на нее оказывают воздействия силы гравитационного прилива. Несмотря на большое различие в степени их воздействия, полагают, что приливные силы могут оказывать влияние на ход процесса подготовки, так называемым, триггерным механизмом. В мировой печати ведется оживленная дискуссия по этому вопросу, но до настоящего времени нет его решения.

Одной из задач являлось изучение возможного триггерного воздействия приливных вариаций на земную кору, способного инициировать или способствовать более интенсивному развитию заключительной стадии подготовки землетрясения. С этих позиций впервые были проанализированы все случаи возникновения ЭМИ аномалий в районе расположения сети станций и рассчитаны фазы основных гармоник прилива для данного места и момента землетрясения.

Этот предварительный анализ показал непротиворечивость представлений о том, что приливные вариации способны оказать влияние на процесс подготовки землетрясения. При этом обнаружено, что в 77% случаев землетрясение происходит на фазе подъема низкочастотных гармоник ММ или MF. Для более высокочастотных составляющих (суточные и полусуточные) устойчивого эффекта не обнаруживается. Это соответствует представлениям о роли процесса ползучести в деформационном поле земной коры под воздействием внутренних и внешних сил.

Использование эпицентрального расстояния, нормированного радиусом зоны подготовки позволило проводить физически обоснованное сопоставление предвестников при землетрясениях различных энергий и на различных эпицентральных расстояниях. Это дало возможность определить наиболее характерное время развития активной фазы предвестника около 40 час, независящее от магнитуды землетрясения. Тем самым получена оценка времени развития активной фазы крипа в очаге для условий геолого-тектонического строения Северного Кавказа.

Для поиска элементов неупругого деформирования земной коры под воздействием приливных сил проведено исследование интенсивности сейсмичности для диапазона периодов от 27 сут. до 12 час. Расчеты были выполнены для ряда наиболее сейсмоактивных районов Земли. В качестве опорного был принят район Памир-Гиндукуш, наиболее удаленный от влияния океанического прилива. Для каждого из десятков тысяч сейсмических событий рассчитывались фазы основных гармоник прилива с построением гистограмм распределения числа событий по фазам принятых в расчет гармоник. Полученные эмпирические распределения оценивались по критерию X2

В основу этого исследования положено следующее соображение. В соответствии с основами теории прочности и результатами лабораторных испытаний механическая прочность несимметрична на сжатие и растяжение. Эффекта асимметрии следует ожидать при сравнении числа сейсмических событий в циклическом процессе нагружения земной коры под влиянием приливных сил, т.е. на фазе поднятия (растяжения) и опускания (сжатия). Результаты расчетов, проведенных для районов Памир, Аляска, Япония показали, что стабильно имеет место превышение числа событий на полупериоде поднятия по сравнению с полупериодом опускания на гармониках 27.55 сут. (ММ), 13.66 сут. (MF). Другие менее интенсивные гармоники диапазона вблизи 1.0 и 0.5 сут. (01, Р1, N2, S2, К2) не демонстрируют такой устойчивости и знаки меняются в зависимости от районов.

В результате проведенного исследования обнаружено, что для всех выбранных для анализа районов число сейсмических событий, приходящихся на полупериод подъема, превалирует для гармоник в 27.55, 13.66. Этот результат устойчивой ассиметрии распределения числа землетрясений по фазам основных гармоник, полученный для земного прилива, соответствует ранее сделанным выводам работы (Авсюк, 1983), в которых на сейсмичности Луны впервые было показано, что активность очаговых зон то одного, то другого полушария управляется приливной силой, создающей чередующиеся во времени то области локальных растяжений, то области локальных сжатий.

Сравнение гармоник различных периодов демонстрирует увеличение интенсивности ее основных составляющих с уменьшением периода. Возникает естественный вопрос, почему наиболее слабая, но длиннопериодная гармоника ММ (0.082) проявляет более четкие зависимости по сравнению с наиболее сильной гармоникой М2 (0.908), превышающей ММ по интенсивности в 11.1 раза. Объяснение может быть найдено в нелинейном механизме деформационного процесса, определяемого не только интенсивностью воздействия, но и его продолжительностью. Более детальные исследования, возможно, дадут принципиальную возможность разделения упругих и неупругих деформационных процессов в земной коре в поле приливных гравитационных сил.

Совокупный анализ ЭМИ фона за 11 летний цикл солнечной активности позволил определить основные особенности шумового сигнала, включая суточный, сезонные вариации, грозовую активность и помехи вследствие человеческой деятельности. Эти данные были использованы для подбора наиболее помехозащищенных условий измерения и характеристик аппаратуры. В отличие от ранее проведенных исследований в спектре преимущественных гармоник ЭМИ на полный цикл солнечной активности найдены гармоники в диапазоне 8.5-10.5, 13-14 и 26.5-29 суток. Нестабильность спектральных составляющих за большие промежутки времени не позволила найти связь с приливными вариациями. В целом ЭМИ фон атмосферы на больших периодах определяется солнечной и магнитной возмущенностью. Основные периоды гармоник в диапазоне 8.5-10.5, 13-14 и 26.5-29 суток в различные годы соответствует секторной структуре межпланетного магнитного поля.

Тем самым проведенные исследования позволили обнаружить составляющую неупругого деформирования горных пород земной коры как под воздействием внешних, космических сил, так и внутренних тектонических. Предложенные методы анализа и обработки данных могут быть использованы в практической работе по разработке надежных научно-технических средств прогнозирования землетрясений в краткосрочном масштабе времени.

Полученные новые сведения о пространственно-временных характеристиках краткосрочных ЭМ предвестников позволили разработать новые алгоритмы выделения полезного сигнала на фоне полей естественного и антропогенного происхождения. Эти алгоритмы и созданное ПО были реализованы при разработке новой версии программно-аппаратного сейсмопрогностического комплекса Аларм-Сейсмо. Этот комплекс внедрен в практику прогностических исследований на полигонах Министерства Природных Ресурсов РФ с 2001 г.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Степанов, Михаил Владимирович, Москва

1. АвсюкЮ.Н. 1983. Механическая интерпретация некоторых особенностей лунной сейсмичности. ДАН СССР, т. 268. № 1, с. 5155.

2. АвсюкЮ.Н. 1996. Приливные силы и природные процессы. Москва. ОИФЗ РАН. 188 с.

3. АвсюкЮ.Н., Галкин И.Н. 1994. Триггерный механизм приливных лунотрясений модель наведенной сейсмичности. В сб. Наведенная сейсмичность. М.: Наука, с. 186-198.

4. АльпертЯ.Л. 1955, О распространении электромагнитных волн низкой частоты над земной поверхностью. М., Изд-во АН СССР, 111с.

5. Анциферов М.С. 1969, О возможностях геоакустического прогноза местных землетрясений // Труды 3-го всесоюзного симпозиума по сейсмическому режиму (3-7 июня 1968 г.) Новосибирск, Ч. II. С. 28-141.

6. Беляков А.С., B.C. Лавров, А.В. Николаев, Л.Л. Худзанский, 1996, О вариациях фонового подземного звука. ДАН, т. 348, № 3, с. 383-386.

7. Васильева В.В., Макаров В.И., Тлатов А.Г. 2001. Циклы вращения магнитного поля Солнца и его активности. // Солнце в эпоху смены знака магнитного поля. Сб. труд. ГАО РАН, Пулково, Санкт-Петербург, с.79-87.

8. Виноградов С.Д., 1989, Акустический метод в исследованиях по физике землетрясений. М. Наука, 175 с.

9. Воробьев А.А., 1970, К вопросу об инициировании землетрясений подземными грозовыми явлениями. // Электрическая аппаратура и электрическая изоляция. М.: Энергия, 494 с.

10. Воробьев A.A., 1970, О возможности электрических разрядов в недрах Земли // Геология и геофизика. №12. С.3-13.

11. Воробьев А.А., Бутаков В.Ф., Ганькина JI.H., 1978, Аномалии в вариациях импульсного электромагнитного поля Земли в районе вулкана Карымского // Геология и геофизика. №1, с. 115-116.

12. ГарагашИ.А., 1996, Микро деформации предварительно напряженной дискретной геофизической среды // Докл. РАН Т 347. № 1. С. 95-98.

13. Гершензон Н.И., М.Б. Гохберг, В.А.Моргунов, В.Н. Николаевский. 1986. Об источниках электромагнитного излучения, предваряющего сейсмическое событие. Прогноз землетрясений. № 7. Издательство «Дониш», Душанбе-Москва, с. 54-62.

14. Головков В.П., 1983, Электрические и магнитные предвестники землетрясений. Сб. статей под ред. Головкова В.П. Ташкент, ФАН, 133 с.

15. Гохберг М.Б., ЕшиноТ., Моргунов В.А., ОгаваТ., 1982, Результаты регистрации оперативного электромагнитного предвестника землетрясений в Японии // Изв. АН СССР. Физика Земли. №2. С.85-87.

16. Гохберг М.Б., Матвеев И.В., Моргунов В.А., СтатиевА.В., Фабрициус З.Э., Фабрициус В.3., 1986, О связи ЭМИ с деформациями при подготовке землетрясений.// Прогноз землетрясений. №7. Душанбе-Москва: Дониш, С.288-299.

17. Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Аронов E.JL, 1979, О высокочастотном электромагнитном излучении при сейсмической активности. Докл. АН СССР, т.248. №5. С. 1077-1080.

18. Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Герасимович Е.А., Матвеев И.В., 1985, Оперативные электромагнитные предвестники землетрясений. М.: Наука, 114 с.

19. ГохбергМ.Б., Моргунов В.А., Похотелов О.А., 1988, Сейсмо-электромагнитные предвестники. М.: Наука, 174 с.

20. Грешников В.А., ДроботЮ.Б., 1976, Акустическая эмиссия. М. Изд. Стандартов. 201 с.

21. Дарвин Дж.Г., 1965, Приливы и родственные им явления в Солнечной системе. М., «Наука», 252 с.

22. Добровольский И.П., 1984, Механика подготовки тектонического землетрясения. М. ИФЗ РАН. 189 с.

23. Добровольский И.П. 1991, Теория подготовки тектонического землетрясения. М., ИФЗ АН СССР,

24. Добровольский И.П., Зубков С.И., МячкинВ.И., 1980, Об оценке размеров зоны проявления предвестников землетрясений. // Моделирование процессов землетрясений. М.: Наука, с. 7-44.

25. Дьяконов Б.П., УлитинР.В., 1982, Земные приливы и вариации физических характеристик горных пород. // ДАН СССР, Т. 264, № 2, с. 322-325.

26. Дьяконов Б.П., Иваев А.Т., Калмыков А.А., и др., 1986, Электромагнитное излучение и сейсмическая эмиссия горных пород в естественном залегании. // ДАН СССР, Т. 290, № 4, С. 828-839.

27. Здоров А.Г. 2002. Экспериментальные исследования краткосрочных электромагнитных предвестников землетрясений на фоновой сейсмичности Кавминводского геодинамического полигона. Автореферат диссертации на соискание канд. физ.-мат. наук., М. ИФЗ РАН. 21 с.

28. Здоров А.Г., Матвеев И.В., Моргунов В.А., РахминЕ.П., 1992, Электромагнитные предвестники Джава-Рачинского землетрясения 291. 1991 по наблюдениям на Кавминводском полигоне // Докл. РАН. Т.323. №2. С.258-262.

29. Здоров А.Г., Моргунов В.А., 1997, Опыт краткосрочного прогноза землетрясений по методу электромагнитного излучения на Кавминводском полигоне // Докл. РАН. Т.357. №2. С. 243-246.

30. Здоров А.Г., Моргунов В.А., Степанов М.В., 2004, Электромагнитные предвестники землетрясений (М 3-4) на Кавминводском полигоне. Физика Земли №11.

31. Зильпимиани Д.О., 1986, Исследование электромагнитных и акустических процессов при землетрясениях и трещинообразовании: Автореферат дисс.канд. физ.-мат. наук, Тбилиси, 23 с.

32. Каталог землетрясений: «Advanced National Seismic System (ANSS)». http://quake.geo.berkeley.edu/anss/catalog-search.html

33. Кендалл M., Стьюарт А. 1973. Статистические выводы и связи. «Наука». Москва. 899 с.

34. Корнейчиков В.П., 1984, Исследование механизма формирования электромагнитного излучения горных пород в связи с прогнозированием землетрясений: Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук, М., 18 с.

35. Костров Б.В., 1975, Механика очага тектонического землетрясения. 176 с.

36. Латынина JI.А., Боярский Э.А. 1999. Сезонные вариации лунного прилива как модель предвестника землетрясения. Вулканология и сейсмология. № 4—5. с. 125-131.

37. МавляновГ.А. и др., 1979, Аномальные вариации геомагнитного поля в восточной Фергане предвестник Алайского землетрясения 2 ноября 1978 г. // Докл. АН СССР, т.246. №2. С.294-297.'

38. Мавлянов Г.А., Уломов В.И., Абдуллабеков К.М., Хусамедцинов С.С., 1979, Исследование вариаций параметров естественных электромагнитных полей в целях прогноза землетрясений // Узб. геологический журнал. №5. С. 11-15.

39. МигуновН.И., Соболев Г.А., Хромов А.А., 1984, Естественное электромагнитное излучение в сейсмоактивных районах // Изв. АН СССР. Физика Земли. №7. С.55-63.

40. МигуновН.И., СоболевГ.А., ХромовА.А., 1983, Естественное электромагнитное излучение и сильные землетрясения на Камчатке // Вулканология и сейсмология. №4. С.93-99.

41. Мирошниченко Л.И. 1981. Солнечная активность и Земля. М. Наука, с. 145.

42. Моргунов В.А. 1991 Процессы ползучести в геодинамике. ДАН СССР, т.317, N 3, с.1347-1352.

43. Моргунов В.А., Любашевский М.Н., Фабрициус В.З., Фабрициус З.Э., 1991, Геоакустический предвестник Спикакского землетрясения. Вулканология и сейсмология, № 4. с. 104-106.

44. Моргунов В.А., М.А. Шахраманьян, 1996, Задачи оперативного прогноза землетрясений. Доклады РАН том 349, №6, с. 818-821.

45. Моргунов В.А 1999. Реальности прогноза землетрясений. Физика Земли. № I.e. 79-91.

46. Моргунов В.А., 2001, Крип горных пород на завершающей стадии подготовки землетрясения. Физика Земли, № 4, с.3-11.

47. Моргунов В.А., 1985, Об электромагнитном излучении при сейсмической активности // Изв. АН СССР. Физика Земли. №3. с .77-85.

48. Моргунов В.А., Боярский Э.А. Степанов М.В. 2005. Приливы и землетрясения. Физика Земли. №1 с. 74-88

49. Моргунов В.А., Герасимович Е.А., Матвеев И.В. и др., 1988, Деформация поверхности и аномальное ЭМИ // Изв. АН СССР. Физика Земли. №11. с. 87-93.

50. Моргунов В.А., Здоров А.Г., Степанов М.В., Мальцев С.А., Данилов В.И. 2004. Исследования в области геофизики. К 75-летию Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта. Москва, ОИФЗ РАН. с. 109-118.

51. Моргунов В.А., Матвеев И.В., 1986, О наблюдении аномального электромагнитного излучения при сейсмической активности // Изв. АН СССР. Физика Земли. №8. с. 95-97.

52. Моргунов В.А., Матвеев И.В., 1990, Электромагнитное излучение на афтершоках Спитакского землетрясения // Изв. АН СССР. Физика Земли. №6. С. 14-19.

53. Моргунов В.А., Степанов М.В. 2003. Вариации интенсивности электромагнитных шумов атмосферы в цикле солнечной активности. Сб. трудов пятой Российской конференции по атмосферному электричеству. Владимир 2003, с. 61-64.

54. Мячкин В.И., Зубков С.И., 1973, Сводный график предвестников землетрясений // Изв. АН СССР. Физика Земли. №6. с.28-32.

55. Никифорова Н.Н., Зубков С.И., Васильева Н.Э., 1991, Каталог импульсных электромагнитных предвестников землетрясений // М. ИФЗ АН СССР, 128 с.

56. Никифорова Н.Н., Токтосопиев A.M., Юдахин Ф.Н., 1988, Особенности ИЭМП в Иссык-Кульской сейсмоактивной зоне Киргизкой ССР // Поиск электромагнитных предвестников землетрясений. М., ИФЗ АН СССР, 242 с.

57. Николаев В.А. 2003. Исследование напряженного состояния литосферы на основе анализа связи земных приливов и сейсмичности. ОИФЗ РАН. Москва. С. 234.

58. Обридко В.Н., Шельтинг Б.Д., 2000, Астрон. Журн. т. 77. с 303.

59. Озерков Э.Л., Агеева О.А., Светов Б.С. и др., 1998, О влиянии вибровоздействия на электрические свойства геологической среды // Геофизика. №3. С.30-34.

60. Певнев А.К., 1990, Прогноз землетрясений — миф или реальность? Геодезия и картография. № 8 с 14-20.

61. Ралчовски Ц., 1985, Естественни электромагнита из лъчвания във връзки със сеисмична активност предваритилни резултаты. - Бълг. геофиз. списание, т.11, №2, с. 46-54.

62. Ремизов Л.Т., 1985, Естественные радиопомехи. М. Наука. 196 с.

63. Рикитаке Т., 1979, Предсказание землетрясений. М.: Мир, 388 с.

64. Рудаков В.П., 1988, Пространственно-временные особенности динамики поля подпочвенного радона в Западно-Ферганской регионе до и после Назарбекских (Ташкентских) землетрясений 1980-1981 г.г. // Докл. АН СССР. Т. 302. №5. С. 1183-1186.

65. Руленко О.П. 2000. Оперативные предвестники землетрясений в электричестве приземной атмосферы. Вулканология и Сейсмология, № 4, с. 57-68.

66. Савич А.И., 1979, Исследование деформационных свойств и деформационных процессов в приповерхностных частях земной коры сейсмоакустическими методами: Автореф. докт. дис., М., ИФЗ, 47 с.

67. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. 1987. Деформация земной коры и сейсмический процесс. М.: Наука, с. 100.

68. Садовский М.А., Соболев Г.А., МигуновН.И., 1979, Изменение естественного излучения радиоволн при сильном землетрясении в Карпатах // Докл. АН СССР, т.224. №2. С.316-319.

69. Садовский М.А., 2004, Очерки, воспоминания, материалы, Москва, Наука, 272 с.

70. СветовБ.С., Агеева О.А., ЛисицинВ.С., 2001, Скважинные исследования сейсмоэлектрических явлений // Геофизика. № 3. С.44-48.

71. Соболев Г.А., 1993, Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 313 с.

72. Соболев Г.А., Демин В.М., 1980, Механоэлектрические явления в Земле. М.: Наука, 215 с.

73. Соболев Г.А., Морозов В.Н., 1970, Локальные возмущения электрического поля на Камчатке и их связь с землетрясениями. // Физические основания поисков методов прогноза землетрясений. М.: Наука, 110 с.

74. Соболев Г.А., Семерчан А.А., Салов Б.Г. и др., 1982, Предвестники разрушения большого образца горной породы // Известия АН СССР. Физика Земли. №8. С.29-43.76. Троицкая и др. 2000.

75. Токтосопиев A.M., 1987, Изучение вариаций естественного импульсного электромагнитного поля в связи с динамикой земной коры и сейсмичностью Киргизской ССР: Автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук М.,21 с.

76. Хатиашвили Н.Г., 1984, Об электромагнитном эффекте при трещинообразовании в щелочно-галоидных кристаллах и горных породах // Изв. АН СССР. Физика Земли. №9. С. 13-19.

77. Хатиашвили Н.Г., Гогошидзе Д.А., Зильпимиани Д.О., 1983, Об электромагнитном излучении при подготовке землетрясений и горных ударов в шахтах Ткибули // Сообщения АН Груз. ССР. т.110. №2. С.305-308.

78. Хусамиддинов С.С., 1981, Изучение импульсного электромагнитного поля Земли и свойств ионосферы в связи с сейсмичностью: Диссертация канд. физ.-мат. наук / Ин-т сейсмологии АН УзССР. Ташкент, 195 с.

79. Эйби Дж., 1982, Землетрясения. М.: Недра, 263 с.

80. Электромагнитные предвестники землетрясений; Под редакцией Садовского М.А. М.: Наука, 1982. 89 с.

81. Allen, M.W., 1936. The lunar triggering of earthquakes in Southern California. Bull.seismol.Soc.Am. V. 26. p. 147-157.

82. Andreev, V.K., ZdorovA.G., Morgunov V.A., 1998, Tenzosensitivity of fragmentary medium in the problem of seismoelectromagnetic prediction. -Jornal of earthquke prediction reserch, Vol.7, N3, pp.351-356.

83. Benioff, H. (1951): Earthquakes and rock creep, Bulletin of Geological Society of America, 41(1), 31- 62.

84. Bogomolov, L.M., P.V. Il'ichev, V.A. Novikov, V.I. Okunev, V.N. Sychev and A.S. Zakupin. 2004. Acoustic emission response of rocks to electric power action as seismic-electric effect manifestation. Annali of Geophysics. Vol. 47, N 1. 65-72.

85. Brady, B.T. (1976): Theory of earthquakes (4), Pageoph, 114, 6, 1031 -1041.

86. Fitterman, D.V., Madden T.R. 1977, Resistivity observations during creep events at Melendy Ranch, Galifornia. J.Geophys, Res, v.82, №33, pp.54015408.

87. Gokhberg M.B., Morgounov V.A., Yoshino Т., Tomizawa, I. 1982. Experimental Measurements of Electro-magnetic Emissions Possibly Related to Earthquakes in Japan // J.Geophys. Res. V. 82, P. 7824-7888.

88. Gokhberg M.B., Morgounov V.A. Pokhotelov O.A. 1994. Earthquake Prediction Seismo-Electromagnetic Phenomena. Gordon and Breach Publisher p. 183

89. Hadjicontis, V. Mavromatou C. 1994. Transient electric signals prior to rock failure under uniaxial compression. Geoph. Res. Letters, 21, 1687-1690.

90. Harris, R. A. 1998, Introduction to special section: stress triggers, stress shadows, and amplification for seismic hazard, J Geophys. Res., 103 (BIO), 24347-24358.

91. Hayakawa, M., and FujinawaY. 1994. Electromagnetic Phenomena Related to Earthquake Prediction. 677 p.

92. Heaton, Т.Н., 1975. Tidal Triggering of earthquakes. Geoph. J. of the Royal Astr. Soc. V. 43. p. 307-326.

93. Johnston, M.J.S., A.T. Linder, and D.C. Agnew (1994); Continuous Borehole Strain in the San Andreas Fault Zone before, during, and after the 28 June 1992, Mw 7.3 Landers, California, Earthquake, Bull Seismol. Soc. Am. 84(3), 799-805.

94. Johnston, M.J.S., and A.T. binder. (2002); Implications of crustal strain during conventional, slow, and silent earthquakes, Int. Handb. Earthquake Eng. Seismol. 81 A, 589-605.

95. Kawada, K., 1966, Electrical resistivity measurement along and across a ground fissure in the Matsushiro area. Bull, Earthquake Res. Inst. yniv.Tokyo, v.44, pp. 1759-1769.

96. Knopoff, L., 1964 Earth tides as triggering mechanism for earthquakes. Bull.seismol.Soc.Am. V. 54. p. 1865-1870.

97. Kranz, R.L. and C.H. Scholz (1977): Critical dilatant volume of rocks at the onset of Tertiary creep, J. Geophys. Res., 82(30), 4893-4898.

98. LinMei, LiKaifu., 1985, Electromagnetic wave anomalies of impending earthquakes. -J.Seismol. es. v.8, №5, pp.568-573.

99. Mao Pusen., 1986, On electromagnetic wave signals receined before strong earthquakes. Acta seismal, sin. v.8, №1, pp. 105-111.

100. Matthews, J.P., Lebreton J.P., 1985, A search for seismic related wave activity in the micro pulsation and ULE frequency ranges using GEOS-2 data. Annales Geophysical, v.36, pp.749-754.

101. Mauro,D.Di., S. Lepidi, G. Mele. A. Meloni, and P. Palangio. 2002. Ill International Workshop on Magnetic, Electric and Electromagnetic Methods in Seismology and Volcanology (MEEMSV) -2002. Russian Academy of Sciences. Moscow 2002. p. 234.

102. Mazzella, A., Morrisson H.P., 1974, Electrical resistivity variations associated with earthquakes on the San Andreas fault. Science, v. 185, pp.855-857.

103. Meloni, A., MauroD.Di., S. Lepidi, G. Mele, and P. Palangio. 2004. Tectonomagnetic and TLF electromagnetic signals in Central Italy. Annals of Geophysics, Vol. 47, N 1, 29-38.

104. Morgounov, V.A. 2001. Relaxation creep model of impending earthquake // Annali di Geofisica. Vol. 44, № 2. P. 369-381.

105. Morgounov, V.A. 2004. Slip weakening, strain and short-term preseismic disturbances // Annals of Geophysics. Vol. 47, № 1. P. 135-151.

106. Morrison, H.F., Fernandez R., 1986, Temporal variations in the electrical resistivity of the Earth's crust. J.Geophys.Res., v.91, pp.618-628.

107. Morrison, H.F., Fernandez R., CorwinR.F., 1979, Earth resistivity, self potential variations and earthquakes: a negative results for M=4,0. -Geophys.Res.Let., v.6, №3, pp.139-142.

108. Nikiforova, N.N., Yudakhin F.N., Toktosopiev A.M., 1989, Studies of electromagnetic emission of seismotectonic origin in the Kirgiz SSR // Phys. Earth and Planet. Int. Vol. 57 № 1/2 pp. 68-75.

109. Parrot, M., LefeuvreF., 1985, Correlation between Geos VLF emissions and earthquakes. Annales Geophysical, v.3,6, pp.737-748.

110. Parrot, M., LefeuvreF., CareuffY., GodefroyP., 1985, Observations of VLE emission of the time of earthquakes in the Kerguelen Isbans. Annales Geophysical, v.3,6, pp.731-736.

111. Pirson, S.I., 1971, New electric technique can locate gas and oil. World, V.172, №5, pp.69-72.

112. Raleigh, B. et al., 1977, Prediction of the Haicheng Earthquake. EOS (AGU), v.58, pp.236-272.

113. Rice, J.R. and J.W. Rudnicki (1979): Earthquake precursory effects due to pore fluid stabilisation of weakening fault zone, J. Geopys. Res., 84, B5, 2177-2193.

114. Savage, J., 1971, A theory of creep waves propagating along a transform fault. JGR., 76, 1954-1966.

115. Scholz, C.H. (1968): Mechanism of creep in brittle rock, J.Geophys.Res., 73, 10,3295-3302.

116. Tamrazyan, G.P., 1968. Principal regularities in the distribution of major earthquakes relative to solar and lunar tides and other cosmic sources. Icarus 9. p. 574-592.

117. Tamrazyan, G.P., 1968. Principal regularities in the distribution of major earthquakes relative to solar and lunar tides and other cosmic sources. Icarus 9. p. 574-592.

118. Tsuboi, C., 1956, Earthquake energy, earthquake volume, aftershock area, and strength of the earth's crust. J. Phys. Earthquake, 4, 63-6.

119. Vidal, J.E., Carr D.A., Johnston M.J.S, and Oppenheimer D.H. 1998. Absence of earthquake correlation with Earth tides: An indication of high preseismic fault stress rate. JGR Solid Earth 98JB00594. Vol. 103, N 10, pp. 24,56724,572.

120. Wahr, J.M., 1981. Body tides of an elliptical, rotating, elastic and oceanless Earth, Geophys. J. Roy. Astr. Soc., 64, pp. 677-703.

121. Wang, C.Y., 1978, Some aspects of the Tangshan (China) earthquake of 1976. Chinese Geophysics, AGU, Washington, v.l, №2, pp.165-168.

122. Warwick, J.W., Stoker T.R., 1982, Radio emissions associated with rock fracture application to the great Chilean earthquake of May 22, 1960. -Journal of Geophisical Research, v.87, №4, pp.2851-2859.

123. Wenzel, H.-G., 1996. The nanogal software: Earth tide data processing package ETERNA 3.30 // Marees Terrestres. Bulletin d'Informations. N 124. 9425-9439.

124. Wesson, R.L., and C. Nicholson, 1988, Intermediate-term pre-earthquake phenomena in California, 1975-1986, and preliminary forecast of seismicity for the next decade, Pure Appl. Geophys., 126 (2-4), 407-446.

125. Willis, D.E., Taylor R.W., 1974. Investigation of multiple seismic events and first zone discriminants. ARPA Semi-Annual Technical Report, Caltech. p. 118-131.

126. WuF.T. and L. Thomsen (1975): Microfracturing and deformation of Westerly granite under creep condition, Int. J. Rock Mech. Mining Sci. Geomechanics Abst., 12, 167-173.

127. Yamazaki, Y., 1965, Electrical conductivity of strained rocks (1-st paper), laboratory experiments on sedimentary rocks. Bull, Earthquake Res. Inst., Univ. Tokyo, v.44, pp.783-802.

128. Yamazaki, Y., 1968, Electrical conductivity of strained rocks 94-th paper), improvement of the resistivity variometer. Bull, Earthquake Res. Inst., Univ. v.46, pp.957- 967.

129. Yamazaki, Y., 1966, Electrical conductivity of strained rocks. The second paper. Further experiments on sediments on sedimentary rocks. Bull, Earthquake Res.Inst. v.44, 1553 p.

130. Yamazaki, Y., 1967, Electrical conductivity of strained rocks. The third paper. A resistivity variometer . Bull, Earthquake Res.Inst., v.45, pp.849-860.

131. Yamazaki, Y., 1973, Electrical resistivity of strained rocks (construction of resistivity variometer). Journal of the Seismological Society of Japan, v.26, №1, 55p.

132. Yamazaki, Y., 1975, Precursory and coseismic resistivity changes. Pure and App, Geophys, v.l 13, №1-2, pp.219-227.

133. Yoshino, Т., Tomizawa J., Shibata Т., 1985, The possibility of using a direction finding technique to locate earthquake epicenters from electromagnetic precursors radiations. Annales Geophysical, v.3, №6, pp.727-730.