Отчет 2 этап по ГК № П371 от 07.05.10 - Кабардино
advertisement
Министерство образования и науки Российской Федерации УДК 550.38 551.50.53 ГРНТИ 37.15.00 Инв. № 00000213 Регистрационный номер 01201058467 УТВЕРЖДЕНО: Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Ректор КБГУ ______________/Карамурзов Б.С./ М.П. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П371 от 07 мая 2010 г. и Дополнению от 15 февраля 2011 г. № 1 Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» (КБГУ) Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.3.2 Проведение научных исследований целевыми аспирантами. Проект: Исследование магнитного поля и геомагнитных возмущений в районе Эльбрусской вулканической области Руководитель проекта: ______________/Дударов Залим Исламович/ (подпись) Нальчик 2011 г. СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ по Государственному контракту П371 от 07 мая 2010 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных нужд с дополнительным соглашением от 15 февраля 2011 г. № 1 Организация-Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» Руководитель темы Аспирант кафедры чрезвычайных З.И. Дударов ситуаций КБГУ 22.06.11 Исполнители темы: Ведущий инженер УНИИД КБГУ К.Х. Канониди 22.06.11 Нормоконтролер, Е.А. Кольченко начальник ОСМО 22.06.11 2 Реферат Отчет 63 с., 26 рис., 17 источников. МАГНИТНОЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЕ, АНОМАЛИЙ, ВАРИАЦИЯ МАГНИТНАЯ МАГНИТНОГО КАРТА, ПОЛЯ, ЭЛЬБРУССКИЙ ВУЛКАНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР, СЕЙСМИЧЕСКИЕ СОБЫТИЯ. В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 2 этапу Государственного контракта № П371 «Исследование магнитного поля и геомагнитных возмущений в районе Эльбрусской вулканической области» (шифр «НК-484П») от 07 мая 2010 по направлению «Геофизика» в рамках мероприятия 1.3.2 научных «Проведение исследований целевыми аспирантами», мероприятия 1.3 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно- образовательных центрах», направления 1 «Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. Объектом исследования научно-исследовательской работы является Эльбрусская вулканическая система и прилегающие территории. Целью работы является проведение исследований магнитного поля и геомагнитных возмущений в районе Эльбрусской вулканической области и на прилегающих территориях Центрального Кавказа для поиска связей и закономерностей, связывающих изменения в магнитном поле и наступление землетрясения или извержение вулкана. Для проведения научно-исследовательских работ по проекту были использованы приборы и оборудования входящие в состав УСУ «Комплексная геофизическая информационно-измерительная система Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова (КГФИИСКБГУ)». 3 В рамках данного проекта проведены следующие работы и получены результаты: анализ научно-технической литературы по теме исследования; анализ магнитных данных Эльбрусского вулканического центра; освоение методик прохождения профилей; составление маршрутов прохождения профилей и проведение полевых работ по магнитному профилированию Эльбрусской вулканической области; мониторинг вариации магнитного поля, с выделением аномальных возмущений предшествующих катастрофическим событиям; волновые формы тонкой структуры магнитного возмущения перед землетрясениями; использование результатов магнитного профилирования для выявления активизации вулканической деятельности; разработка и адаптация программного обеспечения в целях обработки материалов магнитных измерений в Эльбрусской вулканической области; камеральная обработка результатов полевых наблюдений; выявление магнитных аномальных зон на территории республики Кабардино-Балкария с использованием Геоинформационных систем, разработанные Институтом проблем передачи информации РАН (ИППИ РАН) в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Разработка фундаментальных основ создания научной распределенной информационно-вычислительной среды на основе технологий GRID». Направление: «Электронная Земля: научные информационные ресурсы и информационно-коммуникационные технологии»; карта магнитного поля Эльбрусского вулканического центра и прилегающих территорий Центрального Кавказа; создание справочно-информационной базы, обеспечивающей прямой, оперативный, открытый доступ к научным данным по изучаемой теме 4 проведение комплексного анализа получаемого в процессе мониторинга геофизической информации с целью поиска информативных среднесрочных предвестников готовящихся разномасштабных катастрофических событий регионального и планетарного масштаба. публикации результатов поисковых научно-исследовательских работ материалах конференции и в журналах ВАК. 5 Содержание Введение ....................................................................................................................... 7 Глава 1 Аннотированная справка по научным результатам НИР, полученным на 1 этапе ......................................................................................................................... 10 Глава 2 Аналитический отчет о проведении теоретических и экспериментальных исследований .......................................................................... 13 2.1 Продолжение научно-исследовательских экспедиционных работ по прохождению профилей. Данные магнитного профилирования, позволяющие изучать процессы активизации вулканической деятельности ............................. 13 2.2 Выявление магнитных аномальных зон на территории КабардиноБалкарской республики ............................................................................................ 24 2.3 Создание карты магнитного поля Эльбрусского вулканического центра .... 31 Глава 3 Отчет по обобщению и оценке результатов исследований .................... 41 3.1 Разработка и адаптация программного обеспечения в целях обработки материалов магнитных измерений в Эльбрусской вулканической области ....... 41 3.2 Создание справочно-информационной базы, обеспечивающей прямой, оперативный, открытый доступ к научным данным по изучаемой теме ............ 47 3.3 Рекомендации по возможности использования результатов НИР в реальном секторе экономики .................................................................................................... 49 Глава 4 Публикации результатов НИР ................................................................... 51 4.1 Заключение экспертной комиссии по открытому опубликованию ............... 51 4.1 Копия статьи опубликованной в журнале ВАК ............................................... 52 Заключение ................................................................................................................ 59 Список использованных источников ...................................................................... 62 6 Введение Земля, как космическое тело определенного внутреннего строения, генерирует постоянное магнитное поле, называемое нормальным или первичным. Многие горные породы и руды обладают магнитными свойствами и способны под воздействием такого поля приобретать намагниченность и создавать аномальные или вторичные магнитные поля. Выделение этих аномальных полей из наблюденного или суммарного геомагнитного поля, а также их геологическое истолкование является целью магнитометрических исследований (магниторазведка). Магниторазведка - это геофизический метод решения геологических задач, основанный на изучении магнитного поля Земли. Данный метод применяют для проведения общей магнитной съемки всей Земли и палеомагнитных исследований; решения задач региональной структурной геологии; геологического картирования разных масштабов; поисков и разведки полезных ископаемых; изучения геолого-геофизических особенностей и трещиноватости пород. Благоприятными условиями для применения магниторазведки являются: наличие горизонтальных магнитных неоднородностей, т. е. изменение намагниченности горных пород в горизонтальном направлении, происходящее на вертикальных или субвертикальных боковых границах геологических структур, достаточная обоснованность (теоретически, на основе априорных данных или экспериментально, т. е. с помощью опытных работ или изучения материалов ранее проводимых магнитных съемок) возможности решения поставленных геологических задач имеющейся аппаратурой и рациональной системой наблюдения, а также превышение в 3 - 5 раз амплитуды аномалий уровня аппаратурно-методических дополнительной погрешностей геолого-геофизической и и наконец, наличие петрофизической (магнитометрической) информации о структурах для проведения более однозначной интерпретации. 7 Как известно, геомагнитные вариации, наблюдаемые на земной поверхности, отражают процессы, происходящие в ионосфере, магнитосфере и литосфере Земли. Сильное влияние на параметры геомагнитных пульсаций оказывают проводимость земной поверхности. Её изменение перед сейсмическим событием вызывает изменение пульсаций. Проводимые нами исследования магнитного поля в районе Эльбрусской вулканической области и на прилегающих территориях Центрального Кавказа направлены на поиск связей и закономерностей, связывающих изменения в магнитном поле и наступление землетрясения или извержение вулкана. Северный Кавказ является регионом, в котором возможна как сейсмическая, так и вулканическая активность. Будучи составной частью протяженной КрымКавказ-Копетдагской зоны Иран-Кавказ-Анатолийского сейсмоактивного региона, характеризуется самой высокой сейсмичностью в европейской части страны. Здесь происходили землетрясения с магнитудой порядка М=7.0 при этом сейсмический эффект в эпицентральной области достигает интенсивности I0= 9 баллов и выше [1-4]. Сложные геодинамические процессы, происходящие на этапе подготовки сейсмического или вулканического события, вызывают изменения различных геофизических параметров. При этом происходят изменения и в магнитном поле. Иногда геофизические изменения сами провоцируют такое событие. Последствия от землетрясений и извержений столь катастрофические, что любая информация, позволяющая глубже понять происходящее, является очень важной. Понимание механизма подготовки сейсмических событий и извержение вулканов позволяет выбрать наиболее характерные предвестниковые признаки, дающие не только возможность прогнозировать события, но и проследить этапы его подготовки. Существуют десятки предвестниковых характеристик, измеряемых специальной аппаратурой, но методические основы комплексирования их продолжают оставаться геопроцессов. Это наименее требует разработанной постановки 8 дальнейших сферой прогноза исследований по комплексированию методов, поиску оценочных критериев, расширению наблюдательных сетей, применению новых аппаратурных средств измерения, созданию комплексных баз данных, разработке и совершенствованию программно-математического обеспечения центров обработки данных. 9 Глава 1 Аннотированная справка по научным результатам НИР, полученным на 1 этапе В процессе проведения научно-исследовательских работ по теме «Исследование магнитного поля и геомагнитных возмущений в районе Эльбрусской вулканической области» на первом этапе получены следующие результаты: отдельных новые данные о тонкой структуре геологической среды в локальных геофизическими образованиях системами, стационарными установленными в и мобильными районе Эльбрусского вулканического центра и на прилегающих территориях; получено, в общем представлении магнитное поле Центрального Кавказа и Эльбрусской вулканической зоны с использованием портала «Аналитические ГИС», разработанный Институтом проблем передачи информации РАН по направлению «Электронная Земля»; проведен комплексный анализ получаемого в процессе мониторинга геофизической информации с целью поиска информативных среднесрочных предвестников (в первую очередь в электромагнитном УНЧ диапазоне) готовящихся разномасштабных катастрофических событий регионального и планетарного масштаба (землетрясений, лавин и селей, вулканических извержений) [5]. Как известно, возрастает роль наблюдаемых аномальных полей при решении задач предсказания крупных сейсмических событий. Это стало возможным благодаря появлению современных методов и геотехнологий, позволяющих на новом уровне интерпретировать результаты исследования различных параметров физических полей, получаемых в результате проведения, наземных, подземных (скважинных) и воздушных (спутниковых) исследований и являющихся в конечном итоге основой для создания объемных геолого-геофизических моделей изучаемых сейсмоопасных и вулканоопасных регионов. Здесь следует исходить из положения, что как само землетрясение или извержение вулкана, так и процессы подготовки таких 10 событий - это следствие в конечном итоге тектонической активности Земли. Прогностические сейсмического сигналы, события, являясь отражением определяются процесса изменениями в подготовки напряженно- деформированном состоянии горной породы во всем объеме зоны подготовки. Полагая также, что аномальные электромагнитные сигналы (как и ряд других предвестников) определяются механическими воздействиями в приповерхностных слоях земной коры. В целом аномальные электромагнитные сигналы являются составной частью процесса перераспределения энергии в период подготовки сейсмического события. Но обладая присущими землетрясению характерными особенностями, оно дает дополнительные сведения в исследовании динамики развития напряжений перед землетрясением. получены магнитограммы сигналов с характерной квазипериодической формой, наблюдаемых перед сильными сейсмическими событиями. В процессе экспериментальных развертывания наблюдений зарегистрированных вариаций аппаратурными работ выполнен магнитного комплексами поля анализ Земли, Северокавказской геофизической обсерватории. Показано, что в структуре регистрируемых электромагнитных сигналов ультранизкочастотные удается волновые формы, выделить характерные предшествующие сильным телесейсмическим событиям. Такие геомагнитные вариации, наблюдаемые на земной поверхности, отражают процессы, происходящие в ионосфере, магнитосфере и литосфере Земли. Сильное влияние на параметры геомагнитных пульсаций оказывают проводимость земной поверхности. Её изменение перед сейсмическим событием вызывает изменение пульсаций. Исследование параметров геомагнитных пульсаций для определения источника возмущения проводят с помощью разнесённых на расстояние 50-150 км магнитовариационные станции. В настоящее время расположенные на Северном Кавказе наши магнитовариационные станций, позволяют проводить исследование поведения амплитуд и градиентов между станциями и 11 сопоставлять это с сейсмическими событиями; магнитное профилирование вулкана Эльбрус и прилегающих территорий для выявления активизации вулканической деятельности. Было установлено, что присутствие магматической камеры под вулканом Эльбрус [6], означает наличие большой массы лишенной магнитных свойств, приводит к уменьшению магнитного поля. Это наблюдается по мере приближения к центру вулкана Эльбрус вдоль профиля. по направлению исследования опубликована работа в Материалах международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-2010», по теме: «Исследование вариаций геомагнитного поля с выявлением аномальных возмущений, предшествующих сильным сейсмическим событиям». Результаты проведенных исследований будут использованы в задачах прогнозирования условий формирования и протекания геолого-геофизических процессов в районе Северного Кавказа и на этапе оценки природных рисков на заданном временном интервале. 12 Глава 2 Аналитический отчет о проведении теоретических и экспериментальных исследований 2.1 Продолжение научно-исследовательских экспедиционных работ по прохождению профилей. Данные магнитного профилирования, позволяющие изучать процессы активизации вулканической деятельности Возникновение и развитие жизни на Земле во многом обусловлено её вулканической активностью, которая способствовала насыщению атмосферы различными газами. Однако, для человека, во все времена извержение вулкана или землетрясение представляли значительную угрозу. Научиться предвидеть природные катаклизмы является давней мечтой человечества. Для изучения этих процессов на Северном Кавказе в 2004 году начала формироваться, на базе Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ (БНО), Северокавказская геофизическая обсерватория [7]. В её создании участвовали учёные ИЯИ, ИФЗ, КБГУ и ИЗМИРАН. При её создании ставилась цель охватить основной круг задач, отражающих в достаточной мере структуру и состояние магматических образований в районе Эльбрусского вулканического центра. Для успешного организовать решения несколько поставленных пространственно задач было разнесенных необходимо геофизических лабораторий, оснащенных комплексами современных геофизических приборов. На рисунке 1 представлена карта Северного Кавказа с местами расположения этих лабораторий. Зеленым подсвечены пункты, передающие данные в реальном режиме времени. В Абхазии и Северной Осетии планируется организовать в дальнейшем наблюдения. Из Сочи данные передаются в реальном режиме времени нерегулярно, кроме этого индустриальные помехи позволяют использовать только порядка 6 часов ночного времени, поэтому это место не подсвечено. В Нальчике со временем отказались от магнитных измерений из-за больших индустриальных шумов. 13 Рисунок 1 - Карта расположения пунктов наблюдения на Северном Кавказе. Исторически первыми является лаборатории, которые расположены в БНО. Схема расположения лабораторий в боковой горной вырубке штольни «Главная» БНО. Здесь расположены две лаборатории в двух отдельных камерах (оборудованных в боковых вырубках). Лаборатория №1 расположена в штольне «Главная» на углублении от входа 1500 метров. Лаборатория №2 расположена в штольне «Вспомогательная» на углублении 4100 метров от входа. В каждой лаборатории установлены в соответствии с разработанной приборной базой мощные бетонные постаменты, отлитые на выходах коренных пород. В 50 км от первых двух лабораторий по другую сторону Эльбруса в верховьях реки Кубань на территории ВСЕГИНГЕО расположена другая лаборатория. Здесь последние три года проводится регистрация вариаций магнитного поля и наклонов поверхности Земли. Расположенная здесь магнитовариационная станция (МВС) (рисунок 2) установлена на бетонном постаменте и ориентирована по сторонам света. 14 Рисунок 2 - Общий вид МВС установленной на Верхне-Кубанскогом полигоне. Ниже приводятся технические характеристики трехкомпонентной магнитовариационной станции: Диапазон измерений приращений магнитной индукции по компонентам Z, H и D составляет ±2000 нТл. Пределы допускаемой приведенной погрешности измерений ±0,5 %. Уровень собственного шума МВС не превышает 0,5 нТл (размах показаний). Время установления рабочего режима не более 10 с. Время между измерениями не менее 1 с. Измеренное значение трех ортогональных компонент вектора магнитной индукции передается через последовательный порт на компьютер и записывается виде двоичного файла. Питание МВС осуществляется от источника постоянного напряжения 12В. Масса рабочего комплекта магнитометра не превышает 10 кг. Габаритные размеры (длина/ширина/высота): 600/300/150 мм. Средний срок службы 10 лет. 15 Рисунок 3 - Деревянный сруб, внутри которого установлена МВС. С боков постамент закрыт деревянным срубом, а сверху защищён теплоизолирующей крышей, защищающей МВС от осадков. В основе наклономерной станции использован кварцевый наклономер, разработанные и изготовленные Д.Г. Гридневым (д.т.н., главный научный сотрудник ИФЗ РАН). Наклономер изображён на рисунок 4. Его ориентация запад-восток. Рисунок 4 - Наклономер, установленный на Верхне-Кубанском полигоне. 16 Кроме этого оборудования имеется прибор, предназначенный для измерения вертикальной компоненты атмосферного электричества, в диапазоне от 0 до 3 Гц. Он предназначен для работы в условиях открытой атмосферы при температуре от-40 до+40 и влажности не более 90%. Результаты измерения вертикальной компоненты атмосферного электричества пока находятся в стадии тестовых испытаний. Однако, можно с уверенностью говорить о сильном влиянии электростатического поля на биофизическую среду и что данные исследования будут продолжены. Для построения карты магнитного поля мы проводили магнитометрические изыскания в описанном выше регионе. Были проведены экспедиционные профильные работы. Что касается наших исследование магнитного поля и геомагнитных возмущений в районе Эльбрусской вулканической области и на прилегающих территориях Центрального Кавказа, то одна часть их них касалась исследование характерных вариаций, возникающих перед сильными сейсмическими событиями. Вторая часть относилась к измерению магнитного поля в районе Эльбрусского вулканического центра на предмет выявления геомагнитных аномалий. Для работ по первой части мы использовали данные магнитовариационных станций и наклономерных станций, описанных выше лабораторий Северокавказской геофизической обсерватории. Известно, что после землетрясения от его эпицентра распространяются сейсмические волны, которые в момент их прихода регистрируются наклономерами, установленными в пунктах наблюдения. Нас интересовало наличие сигнала в вариациях магнитного поля перед землетрясением, что могло бы служить предвестником этого события. В настоящее время известно более десятка различных геологических, геохимических, геофизических и биологических эффектов, предлагаемых в качестве источников информации для краткосрочного прогноза землетрясения. Во многих случаях физические механизмы этих эффектов до конца не 17 выявлены, однако их применение в целях прогноза было признано достаточно перспективным, что позволяет проводить одновременно как исследования с целью выявления механизмов предвестников землетрясений, так и их практическое использование в целях прогноза. В настоящей работе делается попытка выявить характерные изменения вариаций магнитного поля Земли перед сильными сейсмическими событиями. Многолетние наблюдения в Кавказском регионе показали, что здесь довольно редко происходят сильные землетрясения магнитудой более 6 балов. Наиболее активна восточная часть Северного Кавказа - территории Дагестана, Чечни, Ингушетии и Северной Осетии. Из крупных сейсмических событий в Дагестане известны землетрясения 1830 г. (М=6.3 баллов) и 1971 г. (М=6.6 баллов); на территории Чечни - землетрясение 1976 г. (М=6.2 баллов). В западной части, вблизи границы России, произошли Тебердинское (1902 г., М=6.4 баллов) и Чхалтинское (1963 г., М=6.2 баллов) землетрясения [1]. Самые крупные из известных землетрясений Кавказа произошли в Азербайджане в 1902 г. (Шемаха, М=6.9 баллов), в Армении в 1988 г. (Спитак, М=7.0 баллов), в Грузии в 1991 г. (Рача, М=6.9 баллов) и в 1992 г. (Барисахо, М=6.3 баллов). Результаты оценки сейсмической опасности для Кавказского региона, проведенной на базе кластерного анализа комплекса геолого-геофизических и сейсмологических данных, показали, что в районе Эльбруса имеется потенциальный сейсмический очаг с прогнозируемой максимальной магнитудой ожидаемых землетрясений 7.2 [4]. Этот очаг за инструментальный и исторический периоды наблюдений проявил себя крайне вяло. По сути дела в районе Эльбруса мы наблюдаем обширную зону сейсмического затишья, в пределах которой практически не фиксируются ни слабые, ни умеренные по силе толчки, не говоря уже о сильных сейсмических событиях. В то же время собранные разными авторами данные о палеосейсмодислокациях говорят о том, что в прошлом здесь, повидимому, имели место сильнейшие землетрясения [2]. 18 Северный Кавказ является единственной по-настоящему опасной с сейсмической и вулканической точек зрения областью европейской части России. Природные катастрофы на этой густо заселенной и проблемной с национальной и социальной точек зрения территории, чреваты серьезными экологическими, политическими и экономическими последствиями. Поэтому изучение причин возникновения сильных землетрясений и катастрофических извержений вулканов на этой территории является актуальной научной задачей [3]. Для учёных это место может служить природной лабораторией по изучению землетрясений и различных эффектов сопутствующих этим событиям. Одним таких эффектов является ультранизкочастотное (УНЧ) возмущение магнитного поля Земли, которое первым наблюдал George W. Moore во время Землетрясение на Аляске 27 марта 1964 года. Это было одним из самых сильных событий в истории инструментальных сейсмических наблюдений с магнитудой 9.2 [8]. Используя пространственное размещение магнитометров, удаётся регистрировать изменения в вариациях магнитного поля Земли и локализовать будущий эпицентр землетрясения за несколько недель [10]. Если бы данные методы использовали, то возможно удалось бы предвидеть разрушительное Спитакское землетрясение 1988 года. Для отслеживания геодинамических процессов на Северном Кавказе, с конца 2004 года ведётся непрерывный мониторинг геофизических данных, собираемых в пункте наблюдения БНО. В соответствии с разработанной приборной базой, оборудование установлено на мощные бетонные постаменты, отлитые на выходах коренных пород. На этих наклономеры постаментах и другие размещены геофизические магнитовариационные приборы. По их станции, показаниям отслеживаются все значительные сейсмические события региона и мира. Анализируются вариации магнитного поля 19 перед, во время и после сейсмического события. В результате этого анализа была выявлена следующая закономерность. Перед сильными землетрясениями с магнитудой более 6 балов наблюдаются псевдогармонические вариации магнитного поля в диапазоне 30300 секунд амплитудой от 0.5 до 2 нТл. [8,9]. Рисунок 5 - Землетрясение на Западном Кавказе 07.09.2009. EW -записи вариаций наклонов поверхности Земли в направлении запад – восток, EW’ – эти же вариации но без основного землетрясения (только автершоки) D - вариации D компоненты магнитного поля Df - УНЧ вариации D компоненты магнитного поля Земли. Очень интересный по форме сигнал появился перед землетрясением, которое произошло в районе островов Тонго. Эпицентр события находился в океане, а непосредственно перед самым сейсмическим событием (за 2 часа) нами было зафиксировано магнитное УНЧ возмущение (рисунок 6). Параметры землетрясения: date= 19-Мар-2009 18:17:38.8 lat= -23.16 lon= 174.63; depth= 33km ms: 7.4/14 mb: 7.2/14 20 Рисунок 6 - УНЧ возмущения перед землетрясением в районе островов Тонго 19.03.2009. BAKH1 - показания H компоненты магнитовариационной станции на 15 пикете Баксан, nT. BAKD1 - показания D компоненты магнитовариационной станции на 15 пикете Баксан, nT. BAKZ1 - показания Z компоненты магнитовариационной станции на 15 пикете Баксан, nT. BAKE2 - показания наклономера E-W на 15 пикете Баксан, ms. BAKN2 - показания наклономера N-S на 15 пикете Баксан, ms. 21 Возмущение имеет явно выраженную квазигармоническую форму, что указывает на наличие мощных геологических образований резонансного типа в эпицентральной зоне. С 2004 года на Кавказе и прилегающих к нему регионах произошло всего лишь два сильных землетрясения с магнитудой более 6 баллов. Первое произошло на Западном Кавказе 07.09.2009г. на глубине 15 км с магнитудой 6. Землетрясение произошло в 22:41:37 за ним последовала серия автершоков. На верхнем графике рисунка 5 (EW) отображены вариации наклонов поверхности Земли. Хорошо виден момент прихода сейсмической волны. Чтобы лучше были видны автершоки, на втором графике рисунка 5 (EW’) эти же наклоны изображены без самого сейсмического события. Третий график рис 5 (D) показывает D составляющую магнитного поля Земли. Показания магнитометра во время прихода сейсмической волны нельзя считать достоверными, так как в этот момент времени происходит сотрясение постамента, что в свою очередь вызывает колебания зеркала кварцевого магнитометра. Тем не менее, в другие моменты времени показаниям магнитометра можно доверять. Хорошо видно, что за 25 минут перед событием изменились вариации магнитного поля Земли. Появилась УНЧ составляющая, наличие которой фиксировалось на протяжении нескольких часов, пока продолжались автершоки. На нижнем графике рисунка 5 (Df) представлена УНЧ составляющая вариации, выделенная фильтрацией D компоненты в диапазоне 30-300 секунд. Период УНЧ вариации близок 180 секундам. Это по частотному диапазону соответствует пульсациям Pc5, которые от других типов устойчивых пульсаций отличаются не только большими периодами (150-600 секунд) и огромными амплитудами, но и четкой связью с развитием суббури. Однако, в этот момент времени, не происходило развитие суббури. Скорее всего, наблюдаемые вариации связаны с этапом подготовки и развития сейсмического события. 22 Рисунок 7 - Землетрясение в Турции 08.03.2010. EW -записи вариаций наклонов поверхности Земли в направлении запад – восток, D- вариации D компоненты магнитного поля Df- УНЧ вариации D компоненты магнитного поля Земли. Второе сильное землетрясение с 2004 произошло в Турции 08.03.2010г. на глубине 12 км с магнитудой 6.1. Землетрясение произошло в 02:32:34 за ним также последовала серия автершоков. На верхнем графике (рисунок 7) (EW) отображены вариации наклонов поверхности Земли. Хорошо виден момент прихода сейсмической волны и последовавшие автершоки. На втором графике (D) представлена D компонента магнитного поля Земли. Примерно за полтора часа перед событием в вариациях магнитного поля Земли появилась УНЧ составляющая, наличие которой фиксировалось на протяжении нескольких часов пока продолжались автершоки. На нижнем графике (рисунок 7) представлен УНЧ составляющая вариации, выделенная фильтрацией в диапазоне 10-300 секунд. Период УНЧ вариации в данном случае изменялся от 30 до 120 секунд. Это по частотному диапазону соответствует пульсациям Pc4. Геомагнитные пульсации этого диапазона являются самыми распространенными видами колебаний, которые регистрируются на земной поверхности. Возбуждение этих видов геомагнитных пульсаций наблюдается 23 от приэкваториальных областей до полярной шапки, при этом амплитуда колебаний возрастает с ростом широты точки наблюдения. Так, среднеширотные Рc4 имеют обычно амплитуду в единицы, а высокоширотные – десятки нТл. Генерация волн может продолжаться часами [11]. Морфологические характеристики Рс4 пульсаций свидетельствуют о том, что наиболее вероятным механизмом их генерации является альвеновский резонанс силовых линий геомагнитного поля. Альвеновские волны преимущественно возбуждаются в той области, где резонансный период совпадает с периодом волн внешнего источника. Вполне возможно, что источником такого возбуждения послужили сложные геодинамические процессы происходящие на этапе подготовки сейсмического события. Нами были рассмотрены и другие землетрясения произошедшие на территории Кавказского региона. Магнитуда их была меньше и не во всех случаях нами были зафиксированы УНЧ вариации пред событием. Однако сильные землетрясения с магнитудой больше 6, которые нам удалось зарегистрировать за период наблюдения, вызывают такие вариации. При этом амплитуда УНЧ вариаций менялась от долей до единиц нТл, а частота от 30 до 300 секунд. Наблюдались они от нескольких минут до нескольких часов перед событием и продолжались после в течении нескольких часов. 2.2 Выявление магнитных аномальных зон на территории Кабардино-Балкарской республики Для выявления магнитных аномальных зон всей территории республики в том числе и района Эльбрусского вулканического центра использовали геоинформационный портал «Аналитические ГИС» [12], который разработан Институтом проблем передачи информации РАН (ИППИ РАН) в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Разработка фундаментальных основ создания научной распределенной информационновычислительной среды на основе 24 технологий GRID». Направление: «Электронная Земля: научные информационные ресурсы и информационнокоммуникационные технологии». Основной целью программы «Электронная Земля» является создание распределенной информационно-аналитической среды, дающей возможность пользователю решать научные проблемы в науках о Земле на новом качественном уровне. Цель портала «Аналитические ГИС» состоит в обеспечении доступа к Online инструментальным комплексного средствам геоинформационого и информационным анализа ресурсам для пространственно-временных процессов и явлений. Задачами портала являются: 1. Предоставление оn-line инструментальных средств и ГИС-проектов для комплексного исследования природных и социально-экономических данных. 2. Предоставление информации о методах и о технологии сетевого комплексного геоинформационного анализа и прогноза пространственновременных процессов и явлений. 3. Предоставление информации о некоторых свободно-распространяемых WEB-map технологиях. 4. Предоставление информации о развитии сетевых ГИС технологий в России и за рубежом. 5. Предоставление информации о программе «Электронная Земля». На рисунке 8 показана модель рельефа, а на рисунке 9 магнитное поле Северного и Центрального Кавказа и выделены рамкой интересующие нас зоны. Более подробно выделенные зоны показаны на рисунках 10 и 11, где изображены модель рельефа и магнитного поля соответственно. Эти построения в дальнейшем будут использоваться для сравнения с нашими экспериментальными данными. Наши измерения позволят уточнить карту магнитного поля этого района. 25 Рисунок 8 - Модель рельефа Северного и Центрального Кавказа. Слева шкала интенсивности в метрах. 26 Рисунок 9 - Магнитное поле Северного и Центрального Кавказа. 27 Рисунок 10 - Модель рельефа Кабардино-Балкарской республики и Эльбрусского вулканического центра. 28 Рисунок 11 - Магнитное поле Кабардино-Балкарской республики. 29 Из рисунков магнитного поля, светлый сиреневый участок среднее значение поля, тёмно-синее и темно-красное - поле с аномальным значением относительно среднего значения. По полученным данным можно сказать, что на территории КабардиноБалкарской республики не наблюдаются сильные геомагнитные аномалии, за исключением участка вулкана Эльбрус (квадрат N43.3:43.3 – E43:43.2). Данная модель подтверждает полученные нами на первом этапе результаты полевых работ на территории Эльбрусского вулканического центра (рисунок 12). Было установлено, что по мере приближения к вулкану Эльбрус от Нальчика наблюдается уменьшения исследуемого поля (темно-синий участок описанного квадрата). Это связанно с наличием под вулканом магматической камеры с расплавленной массой лишенных магнитных свойств. Наши исследования подтверждают, результаты, полученные в [6], что расплавленная магма находиться непосредственно не под вулканом, а чуть в сторону от вулкана. Рисунок 12 - Профиль прохождения магнитного поля от Нальчика до Поляны Азау. T IGFR - расчет профиля по модели IGRF, Т - осредненная величина поля. 30 2.3 Создание карты магнитного поля Эльбрусского вулканического центра На втором этапе данной работы, по изучению магнитного поля в районе Эльбрусского вулканического центра на предмет выявления геомагнитных аномалий, нами были предприняты экспедиционные работы по определению модуля вектора магнитного поля. Для уточнения возможностей Верхнекубанского полигона по проведению магнитометрических измерений была проведена магнитная съемка местности расположения магнитовриационной станции. В результате была составлена карта магнитного поля этого района (рисунок 13). Рисунок 13 - Карта магнитного поля в районе расположения МВС на Верхнекубанском полигоне. МВС расположена в левом нижнем углу здесь малый градиент поля сочетается с удобством подключения к измерительной аппаратуре. Получена также 3D-модель магнитного поля для данной исследованной местности. 31 Рисунок 14 - ЗD – модель магнитного поля. Особый интерес также представляет изучение магнитного поля в районе вулканических образований. Однако проведение полномасштабных работ в районе вулкана Эльбрус проводить не удалось из-за введенного в регионе контртеррористических мероприятий. Поэтому центром наших исследований стали лакколиты кавказских минеральных вод, которые, по сути, являются несостоявшимися вулканами. Лакколит - интрузивный массив, имеющий в разрезе грибообразную или куполообразную форму кровли и относительно плоскую подошву. Они образуются вязкими магмами, как правило, кислого состава, поступающими либо по дайкообразным подводящим каналам снизу, и, распространяясь по слоистости, приподнимают вмещающие вышележащие породы, не нарушая их слоистости. Лакколиты встречаются поодиночке, либо группами. Размеры лакколитов сравнительно небольшие - от сотен метров до нескольких километров в диаметре. Особую разновидность лакколитов являются бисмалиты, представляющие собой позднюю стадию формирования лакколита. В тех случаях, когда давление вязкой (кремнекислотной) магмы превышает вес вышележащих слоев, в кровле лакколита может появится система трещин, куда 32 внедряется магма с образованием секущего цилиндрического тела. Бисмалиты могут достигать поверхности Земли или оканчиваться в толще осадочных пород, приподнимая их в виде купола. Вулканы Кавказских Минеральных Вод начали образовываться где-то 10 миллионов лет назад, а закончили свою деятельность 3 - 4 миллиона лет тому назад. Образовался «архипелаг скалистых островов» из 17 гор-лакколитов в центральной части Северного-Кавказа – лакколиты Кавказских Минеральных Вод. Считалось, что вязкая магма только приподняла осадочные породы, но на поверхность земли не вышла. Последующие исследования показали, что на некоторых из них, таких как Бештау, Бык, Развалка, Железная, магма выходила в виде густой, сразу застывающей лавы и закупоривала жерло. Скопившиеся газы с гулом прорывали породы. В течение довольно длительного времени внедрение магмы было неоднократным, при этом образовывался слоистые структуры из осадочных и вулканических пород. Также имели место процессы размыва и выветривания, горы разрушались и даже скрытые магматические ядра вулканов вышли на поверхность земли. Многочисленные землетрясения довершали разрушения. Появлялись каменные осыпи, многочисленные «зеркала» скольжения по тектоническим сбросам. Из лакколитов КМВ самая высока - гора Бештау. Высота составляет порядка 1401 метров над уровнем моря. Гора имеет пять вершин, отсюда и ее название (от тюрк. «беш» - пять и «тау» - гора) (рисунок 13). А к северо-западу от нее расположена гора Машук (993), к северу - гора Железная (851), отличающаяся правильной конической формой. Вокруг есть горы: Верблюд (886), Развалка (928), Острая (881), Тупая (772), Бык (817), Лысая (739), Шелудивая (875). Гора Кинжал имела раньше острый вершинный гребень и поднималась до 507 м, но при разработке камня верхняя часть горы была срезана. Кроме того, здесь располагаются Змейка (994), Юца (972), Джуца (1189), Золотой Курган (884), Кокуртлы (406), Медовая (721). 33 Рисунок 15 - Лакколиты Кавказских минеральных вод. Такая сближенность расположения лакколитов приводит к резкому контрасту рельефа центральной группы: с окружающей монотонной предгорной равниной, отметки которой не превышают 500- 450 м (рисунок 16). Рисунок 16 - Вид на северо-восточный склон г. Бештау [13]. Для строения лакколитов Бештаугорья характерно наличие двух резко выраженных частей [13]: нижней, или пьедестальной, сложенной мягкими глинистыми мергелями и глинами палеогена, и верхней части, отличающейся от пьедестальной своей крутизной и сложенной в основном изверженными породами и комплексом меловых толщ. Вторая особенность - растеррасированность нижней части склона, точнее, характерное изменение крутизны, морфологически обусловливающее ступенчатое строение, завуалированное мощным делювиальным шлейфом. Эта 34 особенность отчетливо выражена в строении центрального в этой группе лакколита Бештау. В рельефе склонов Бештау резко выделяется нижняя, или пьедестальная, и верхняя части. Для верхней части характерны крутизна склонов, значительный эрозионный срез и отпрепарированность отдельных литологических комплексов. Поэтому верхняя часть сложена, в основном, интрузивными породами (вторичная интрузия - собственно Большой Бештау) и осадочными породами верхнего и нижнего мела в сохранившемся ореоле первичной интрузии. В верхней части Бештау можно наметить три неясно выраженных высотных ступени. Первая - Главный, или Большой, Бештау - центральная вершина, достигающая 1401.9 м и представляющая почти правильную четырехгранную пирамиду. Вторая ступень - примерно одновысотные вершины второго порядка: Малый Бештау (1253.4 м), Скала (1224.5 м) и значительно разрушенное ядро первичной интрузии - Козьи скалы (1164.5 м). Эти три вершины соединены с главным Бештау узкими седловинами и расположены в виде треугольника, что влечет и треугольную конфигурацию поперечного сечения этого сложного лакколита. Третью высотную ступень образует ряд вершин, расположенных ниже и в промежутках между описанными выше: Лохматый Курган (1078 м ), холм Промежуточный (1049.5 м ), курган Крестовый ( 1073 м ), Два Брата (1060 м ) и отдельные вершины ниже Козьих скал с отметками 1080 и 1060 м и др. Следует отметить, что высоты остальных лакколитов центральной группы в общем близки и расположены в интервале от 1000 до 850 м. Граница между верхней и пьедестальной частью Бештау хорошо маркируется кольцевой дорогой, которая расположена на отметках 800 - 900 м. Здесь также намечается ряд одновысотных вершин - холмов, из которых специальное название имеет только гора Пьедестальная Гроб часть (900 м), сложена вследствие своей преимущественно 35 оригинальной формы. майкопской толщей сланцеватых глин и покрыта горным шлейфом, достигающим в основании горы мощности более 10 м. Она расположена в пределах высот 300- 450 м. В этом промежутке склон горы представляет несколько крупных ступеней. Мягкость пород, слагающих пьедестальную часть, наличие оползневых массивов, каменных осыпей и значительная расчлененность склона множеством горных ручьев и речек, берущих начало в вершине горы, - все это обусловливает развитие различных форм второго порядка, осложняющих рельеф и затемняющих основной характер склона. Однако это строение достаточно четко выявляется при рассмотрении ряда радиально проведенных профилей, секущих пьедестальную часть лакколита. Для изучения локального геомагнитного поля в районе лакколита Бештау была организована научно-исследовательская экспедиция. Полевую, пешеходную магнитную съемку проводили с помощью портативного магнитометра типа ММП-3 (рисунок 17). Рисунок 17 - Комплект аппаратуры для изучения геомагнитного поля. 1 – приемник магнитного поля, 2 – протоносодержащий датчик, 3 – узел питания, 4 - GPS, 5 – соединительный кабель. 36 Принцип действия протонного магнитометра основан на явлении свободной прецессии протонов в земном магнитном поле. После определенного электромагнитного воздействия на протонсодержащий датчик протоны прецессируют вокруг направления земного магнитного поля с угловой скоростью ω, пропорциональной полной напряженности магнитного поля Земли Т: ω = aT, где (1) a - коэффициент пропорциональности, который равен гиромагнитному отношению ядра (отношению магнитного момента ядра к механическому). Протонный магнитометр состоит из магниточувствительного блока или датчика (протонсодержащий сосуд с водой, спиртом, бензолом и т. п.), вокруг которого намотаны возбуждающая и измерительная катушки); соединительных проводов; электронного блока (предусилитель, схема коммутации, умножитель частоты, частотомер и световой индикатор); регистрирующего устройства и блока питания. Рабочий цикл, т. е. время определения значений магнитного поля в каждой точке, складывается из времени поляризации датчика (для воды оно составляет 3-8 с), времени переключения датчика и времени определения частоты сигнала, наведенного в катушке датчика (0,1-0,4 с). В зависимости от протонсодержащего вещества и точности определения частоты прецессии рабочий цикл составляет 1-10с. С помощью протонного магнитометра дискретно (1 раз в 1-10 с) измеряют абсолютное значение магнитной индукции геомагнитного поля с погрешностью ± 1 - 2 нТл при низкой чувствительности (±45°) к ориентации датчика по магнитному меридиану, независимости от температуры и времени (отсутствует смещение нуля). 37 Рисунок 18 - Карта маршрута прохождения профиля. Структура рельефа получена в Genericс Mapping Tools с шагом в 20метров. Точки – точки на профиле. Для изучения геомагнитного поля горы Бештау проложили магнитный профиль по кольцевой дороге общей протяженностью 6100 метров от точки А до точки В (рисунок 15). Опрос делали с шагом 100 метров. В результате получили ряд значений модуля вектора магнитного поля, привязанных к определённым координатам на данный момент времени. Измерения проводилось 20 мая с 10:46 по 14:07. В это время магнитное поле было спокойным и суточной вариацией в первом приближении можно пренебречь. По данным магнитных измерений построена карта магнитного поля в районе горы Бештау (рисунок 19). В южной части горы Бештау наблюдается небольшая аномалия в магнитном поле. Само наличие аномалии в южной части лакколита представляет собой интерес для изучения нижней подземной его части. Дальнейшие исследования требуют более детального измерения по всей территории, а не только по кольцевой дороге. 38 Рисунок 19 - Карта магнитного поля в районе горы Бештау. Рисунок 20 - Карта магнитного поля горы Бештау. 39 Возможно, наличие этой аномалии связано с работами проводимыми на руднике № 1, который был образован в результате слияния в 1952 году двух рудников - Восточного и Западного, начавших добычу урана в августе 1950 года, через год после приказа Совета Министерства СССР. Уже через несколько месяцев рядом с железнодорожной станцией «Лермонтовский разъезд» вырос рабочий «Поселок № 1». В нем получили прописку не только шахтеры, но строители и многие другие специалисты, которые вели разработку рудников и возводили гидрометаллургический завод. Одно время он назывался «Талиум», так как в одной из штолен был талий [14]. Добытую руду отвозили на гидрометаллургический завод «Алмаз», где происходила ее первичная переработка, а позже везли в Шевченко (сейчас Актау, Казахстан) для вторичный обработки. После чего руда шла в Челябинск и Томск-7 на обогащение. Рудник проработал до 1975 года. После чего был законсервирован. Штольни закрывались, отвалы облагораживались. Рекультивация шла полным ходом до 1986 года. Существует две основных причины, почему закрылся Рудник № 1. Высокая аварийность и выработка всей руды. Точных данных нет. Так же бытует мнение, что рудник был закрыт из-за экономической нецелесообразности. Заброшенные металлические конструкции могут создавать обнаруженную магнитную аномалию, однако не исключён факт природной аномалии, которая представляет интерес в плане изучения строения и динамики формирования лакколитов. Дальнейшее исследование будет лежать в изучении доступных нам материалов по руднику №1, чтобы исключить рукотворное создание этой аномалии и проведение детальной магнитной съемки в районе горы Бештау. 40 Глава 3 Отчет по обобщению и оценке результатов исследований 3.1 Разработка и адаптация программного обеспечения в целях обработки материалов магнитных измерений в Эльбрусской вулканической области В рамках этого проекта разработана информационная система сбора геофизических данных обсерваторий Северного Кавказа и выдачи этих данных для всеобщего пользования. Данные накапливаются в специализированной базе, предназначенной для хранения и обработки данных геофизических наблюдений. Программное решение позволяет обеспечить хранение исходных данных наблюдений, которые могут быть представлены в различных форматах, а также выполнять выборку, предобработку и вывод этих данных в одном из предлагаемых форматов. Сбор данных ведётся программой PowerGraph, которая предназначена для: сбора данных с различных измерительных устройств и приборов; регистрации, визуализация и обработки сигналов в режиме реального времени; редактирования, математической обработки и анализа данных; хранения, импорта и экспорта данных. Программа обладает следующими функциональными возможностями: 1. Поддержка различных устройств сбора данных: расширяемая библиотека драйверов, включающая платы и модули АЦП, измерительные приборы, виртуальные генераторы сигналов, компьютерные устройства ввода и звукозаписи; возможность подключения новых устройств и источников сигналов; поддержка управляющих компонентов входы/выходы, ЦАП’ы и др.). 2. Регистрация данных: 41 устройств (цифровые предварительный мониторинг входных сигналов; индивидуальная настройка и калибровка каналов; использование любых единиц измерения сигналов; выбор произвольного набора каналов для регистрации; использование произвольной скорости записи (частоты оцифровки); аппаратная и программная синхронизация сбора данных (счетчики, таймеры, по уровню сигнала с записью пред- и пост-истории); сохранение и отображение параметров сбора данных (тип устройства, дата, время, скорость и длительность регистрации); запись серии независимых измерений (блоков данных) в один файл; установка текстовых меток (комментариев) на ленте записи; ввод и хранение текстовой информации (заметки, примечания, протокол измерений) для каждого блока данных и для всего файла. 3. Визуализация данных: визуализация сигналов в режимах самописца и осциллографа; эффективная система графического представления больших объемов данных; выбор формата значений шкалы времени (часы, минуты, секунды и т.д.); выбор произвольного набора каналов для отображения; независимое позиционирование и масштабирование графиков; изменение цвета и стиля графиков и сетки; 4. Редактирование данных: возможность выделения участка данных для редактирования и анализа; добавление к текущей записи данных из других файлов; изменение последовательности блоков данных; прореживание и усреднение данных по времени; корректировка данных с использованием статистических значений; 42 графическое редактирование отдельных значений сигнала. 5. Обработка данных: обширная библиотека функций цифровой обработки сигналов: калибровка и корректировка, частотная и амплитудная фильтрация, дифференцирование и интегрирование, расчет параметров циклических сигналов, вычисление полинома, арифметические и логические операции, тригонометрические, логарифмические и другие математические функции; цифровая обработка сигналов в режиме реального времени; создание новых каналов с расчетными данными; неограниченное количество промежуточных вычислений; запись протокола вычислений для повторного использования комплексных алгоритмов математической обработки. 6. Анализ данных: определение параметров сигналов по графикам с помощью скользящих маркеров; дополнительные графические построения - проекции, касательные, статистические уровни и расчетные прямые; многофункциональный спектроанализатор - построение различных типов спектральных графиков, расчет статистических значений в заданных частотных полосах, непрерывная регистрация данных с построением спектров в режиме реального времени; двухкоординатный осциллограф - построение графиков межканальных зависимостей, в том числе в режиме реального времени; гистограмма распределения сигналов по амплитуде; библиотека статистических и информационных функций анализа данных. 7. Печать данных: печать графиков и сетки в масштабе миллиметровой бумаги; печать данных всего файла, отдельного блока или выделенного 43 участка; печать нескольких блоков данных на одном листе или каждого блока на отдельных листах; печать в режимах независимых графиков, совмещения сеток и совмещения нулевых уровней графиков; выбор печатаемых элементов страницы (имя файла, оси X и Y, заголовки и параметры блоков данных, текстовые заметки); экспорт страниц печати в формате масштабируемых векторных рисунков (метафайлов). 8. Файлы, экспорт и импорт данных: эффективный формат файлов, позволяющий хранить вместе с данными различные настройки, дополнительный текст и таблицы расчетных значений; сохранение и использование индивидуальных настроек для каждого типа измерений; импорт и экспорт текстовых файлов; импорт и экспорт звуковых файлов; импорт и экспорт двоичных файлов; импорт и экспорт данных в текстовом формате через буфер обмена. 9. Дополнительные утилиты: «Digital Voltmeter» (Цифровой Вольтметр) – предназначена для отображения численных значений входных сигналов и позволяет использовать АЦП в качестве обычного цифрового вольтметра. Поддерживается до 16 цифровых дисплеев, калибровка входных сигналов, однократный и циклический режимы измерений. «File Recorder» (Запись Файлов) – предназначена для непосредственной регистрации сигналов в файл. Позволяет осуществлять автоматическую запись серии файлов с синхронизацией по времени, счетчику значений и уровню сигналов. Может использоваться для автономного сбора 44 данных, не требующего присутствия оператора. «File Viewer» (Просмотр Файлов) - предназначена для быстрого просмотра и поиска файлов, содержащих аналоговые сигналы. Позволяет одновременно визуализировать данные в режимах осциллограммы и спектрограммы, экспортировать данные в текстовом, звуковом и двоичном форматах, а также разделять длинные файлы на серию файлов меньшего размера с заданным шагом. Возможности данной программы используются нами при предварительном просмотре и анализе данных. На рисунке 21 показана регистрограмма цунамигенного землетрясения в Японии 11.03.2011, зарегистрированного в лаборатории №2 Северокавназской геофизической обсерватории, в окне программы PowerGraph. Рисунок 21 - Регистрограмма цунамигенного землетрясения в Японии 11.03.2011, зарегистрированного в лаборатории №2 Северокавназской геофизической обсерватории, в окне программы PowerGraph. 45 Однако для создания полнофункциональной геофизической базы данных данная программа не подходит. Для работы с базами геофизических данных нами была выбрана кросплатформенная программа FFSOFT. На рисунке 22 показан экран программы с необработанными данными для землетрясения в Японии. На рисунке 23 показан результат обработки этого сейсмического события. Для пересылки данных по сети, преобразования формата PowerGraph в формат FFSOFT и создания базы данных нами используется высокоуровневый язык программирования Python, который является языком общего назначения с акцентом на производительность разработчика и читаемость кода. Синтаксис ядра Python минималистичен. В то же время стандартная библиотека включает большой объём полезных функций, которые широко используются нами при обработке данных. Рисунок 22 - Окно программы FFSOFT с данными землетрясения в Японии 11.03.2011. 46 Рисунок 23 - Результат обработки данных, полученных на Северокавказской геофизической обсерватории (43°42’ С.Ш., 42°42’В.Д.) во время землетрясения в Японии (38°17’ С.Ш., 142°41’В.Д), которое произошло 11-Мар-2011 в 05:46:22.2, на глубине 33 км, магнитудой 9.0 и вызвало сильное цунами. EW- наклоны запад восток; H - вариации H компоненты магнитного поля Земли; Hf - вариации H компоненты магнитного поля Земли в диапазоне 30-300 сек. 3.2 Создание справочно-информационной базы, обеспечивающей прямой, оперативный, открытый доступ к научным данным по изучаемой теме В рамках этого проекта разработана информационная система сбора геофизических данных обсерваторий Северного Кавказа и выдачи этих данных для всеобщего пользования. Данные накапливаются в специализированной базе, предназначенной для хранения и обработки данных геофизических наблюдений. Программное решение позволяет обеспечить хранение исходных данных наблюдений, которые могут быть представлены в различных форматах, а также выполнять выборку, предобработку и вывод этих данных в одном из предлагаемых форматов. Данные публикуется Северокавказской в открытом http://forecast.izmiran.ru/nal.html геофизической доступе для 47 на обсерватории, следующих лаборатории регулярно web-ресурсах: в Нальчике, http://forecast.izmiran.ru/kub.html для лаборатории на Кубани, http://forecast.izmiran.ru/bak.html для лаборатории в БНО ИЯИ РАН и http://alex.uipe.ru/data/. Данные выводятся в форме как показано на рисунках 24 и 25. Рисунок 24 - Показание наклономера (E-W) в лаборатории №3. Рисунок 25. Показание магнитометра в лаборатории №4. 48 Пользователь имеет также возможность заполнить необходимую форму оправить запрос и получить научные результаты. Например, чтобы ознакомиться с магнитными данными в лаборатории №2 Северокавказской обсерватории можно перейти по ссылке http://forecast.izmiran.ru/ bank_bak.htm. Рисунок 26 - Бланк для доступа к научным данным. 3.3 Рекомендации по возможности использования результатов НИР в реальном секторе экономики Получаемая научно-исследовательская продукция может быть использована ученными, заинтересованными ведомствами для изучения геолого-геофизических процессов на территории Эльбрусского вулканического центра. Как известно, предпосылкой успешной защиты населения от природных катастроф является познание причин возникновения и их механизм. Зная сущность процессов, можно их предсказывать. Понимание механизма подготовки сейсмических событий и извержение вулканов позволяет выбрать наиболее характерные предвестниковые признаки, дающие не только возможность прогнозировать события, но и проследить этапы его подготовки. Своевременный и точный прогноз катастроф является наиважнейшей предпосылкой эффективной защиты. Регион наших исследований представляет 49 собой сейсмоактивную зону с действующими вулканическими системами. Полученные ранние научно-исследовательские результаты показали, что здесь возможны сейсмические события с разрушительной силой, а также мощные извержения вулканов. Если отсутствуют катастрофических активные событий способы (сооружение защиты плотин населения против от наводнений, бомбардировка лавовых потоков, обвалование, укрепление склонов против оползней), сейсмостойкое строительство), то на первый план выходит пассивный метод (эвакуация, использование укрытий). Поэтому предсказание и получение достоверной, правильной оценки в срок по катастрофическим событиям является на сегодняшний день главной задачей по предотвращению человеческих жертв. В рамках данного проекта показано, что в структуре регистрируемых нами электромагнитных ультранизкочастотные сигналов волновые удается формы, выделить характерные предшествующие сильным телесейсмическим событиям. Это весьма важный научный результат, который требует более серьезного внимания со стороны Министерства по Чрезвычайным ситуациям и со стороны Гражданской обороны. Поэтому, полученные результаты по мониторингу и выявлению тонкой структуры ультранизкочастотных событиями могут быть возмущений использованы, в перед определенной сейсмическими степени для прогнозирования наступления рисковых событий, от которого зависит экономическая и социальная обстановка в регионе. 50 Глава 4 Публикации результатов НИР 4.1 Заключение экспертной комиссии по открытому опубликованию 51 4.1 Копия статьи опубликованной в журнале ВАК 52 53 54 55 56 57 58 Заключение В результате выполнения научно-исследовательских работ по проекту были получены новые результаты по направлению изучения геомагнитных явлений в районе Эльбрусского вулканического центра. Показано, что в результате мониторинга магнитного поля, можно выделить ультранизкочастотные возмущения предшествующие сильным сейсмическим событиям [5, 15-17]. Были проведены также полевые экспедиционные работы по выявлению аномальных зон Кабардино-Балкарской республики и на прилегающих территориях. Интерпретация полученных результатов эмпирическим методом полностью подтверждают теоретические расчеты. Как известно, геофизической интерпретацией магнитного поля является процесс выявления источников этого поля, т.е. нахождения распределения объектов, определяющих данное поле. Геологическая интерпретация заключается в объяснении найденного распределения масс с точки зрения особенностей геологического строения изучаемого участка и представляет наиболее трудный, ответственный и важный этап любых геофизических исследований. Интерпретация геомагнитных аномалий подразделяется на качественную и количественную. Под получение сведений об качественной интерпретацией источниках аномального поля подразумевается на основании визуального рассмотрения морфологии этого поля, а также исходя из некоторых общих положений теории потенциала и на основе накопленного опыта. При этом в понятие качественной интерпретации включаются и ориентировочные определения некоторых количественных характеристик возмущающих тел. При качественном анализе карт геопотенциальных полей прежде всего определяют их общий характер: 1) наличие медленно изменяющихся компонент - так называемых региональных полей; 2) наличие переменной части поля - так называемых локальных аномалий; 3) наличие участков с примерно одинаковым характером строения локальных аномалий; 4) 59 степень сложности локального поля на каждом участке. Региональными называются аномалии, проявляющиеся на больших площадях (в десятки и сотни тысяч кв. км) и обусловленные крупными образованиями в земной коре и верхней мантии. Присутствие региональных аномалий обычно проявляется в тенденции изолиний поля к ориентировке (вытягиванию) в определенном направлении и в систематическом изменении величин, характеризующих поля в этом направлении. Перпендикулярно к этому направлению поля обычно плавно изменяются. Локальные аномалии проявляются на картах в трех формах: 1) наличием систем замкнутых изолиний с одним или несколькими относительными максимумами или минимумами; 2) наличием локальных вариаций (изгибов) в ходе изолиний; 3) наличием сгущений изолиний (зон резко повышенного градиента поля). По своей морфологии локальные аномалии обычно подразделяются на изометричные и линейные. Изометричные аномалии характеризуются концентрическим характером изолиний, линейные - параллельным расположением с резким изменением формы в области замыкания. Заключения об источниках аномалий основываются на следующих принципах: наличие аномалий с относительным максимумом свидетельствует о наличии избытка масс - присутствии возмущающего тела с положительной эффективной плотностью (интенсивностью намагничения) и, наоборот, наличие аномалий с относительным минимумом свидетельствует о наличии дефекта масс; наибольшие по абсолютной величине значения аномалий наблюдаются, как правило, вблизи проекций центров тел на дневную поверхность. Исключением в некоторых случаях являются магнитные аномалии, обусловленные объектами с наклонным намагничением и вертикально намагниченными горизонтальными пластами малой вертикальной мощности; линии наиболее быстрого изменения поля (наибольших по абсолютной 60 величине градиентов поля) приближенно соответствуют боковым границам возмущающих тел; простирание аномалий соответствует простиранию возмущающих тел; изометричные аномалии соответствуют телам с изометричной проекцией на дневную поверхность; наличие симметрии на графиках поля вдоль направлений перпендикулярных простираниям изолиний свидетельствует о симметричном расположении плотностных и магнитных (при вертикальном намагничении) масс относительно вертикальной плоскости, проходящей через точку максимума (или минимума) графика. Асимметрия графиков свидетельствует об асимметрии в распределении масс; сложная конфигурация изолиний в плане, особенно наличие нескольких экстремумов, свидетельствует о присутствии нескольких, достаточно близко расположенных возмущающих тел. Под количественной интерпретацией понимается нахождение по наблюденному аномальному полю параметров распределения масс (элементов залегания возмущающих тел) на основе аналитических или графических соотношений. Количественная интерпретация может включать в себя определение всех или только некоторых параметров возмущающих тел. Методы количественной интерпретации аномалий опираются на теорию решения прямой и обратной задач гравитационно-магнитного потенциала. Прямой задачей называются методы вычисления и нахождения картины структуры поля (нахождение значений потенциала или его производных) в любых точках пространства, внешнего к образующим поля массам, по заданному распределению этих масс намагничения масс и их координат). 61 (плотности или интенсивности Список использованных источников 1. Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии (Отв. ред. В.И.Уломов). Том 1. М.: ИФЗ РАН. 1993.. и Том 1-3. М.: ОИФЗ РАН. 1995 г. С. 303 2. Геодинамика, сейсмотектоника и вулканизм Северного Кавказа. М.: Изд-во «Региональная общественная организация ученых по проблемам прикладной геофизики», 2001 3. Катастрофические процессы и их влияние на природную среду. Т.1. Вулканизм. М.: Изд-во «Регион. общественная организация ученых по проблемам прикладной геофизики». 2002 4. Рогожин Е.А., Рейснер Г.И., Иогансон Л.И. Оценка сейсмического потенциала Большого Кавказа и Апеннин независимыми методами // Современные математические и геологические модели в задачах прикладной геофизики: Избр. науч. тр. М.: ОИФЗ РАН, 2001 г. С. 279-300 5. Дударов З.И., Канониди К.Х. Исследование вариаций геомагнитного поля с выявлением аномальных возмущений, предшествующих сильным сейсмическим событиям. Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-2010», г.Нальчик, 2010 6. Арбузкин В.Н., Греков И.И., Компаниец М.А., Кухмазов С.У., Литовко Г.В., Морозова А.М., Пешко Н.В., Трофименко Е.А., Шамановская С.П. Отчёт о комплексных геолого-геофизических исследованиях по Приэльбрусскому профилю (Отв. исполнитель: Литовко Г.В.). ФГУГП «Кавказгеолсъемка». Ессентуки, 2002 7. Собисевич А.Л., Гриднев Д.Г., Собисевич Л.Е., Канониди К.Х. Аппаратурный комплекс Северокавказской геофизической обсерватории. Сейсмические приборы. 2008. Т. 44. С. 12–25 8. Геодинамика, сейсмотектоника и вулканизм Северного Кавказа. М.: Изд-во «Регион. общест. организ. ученых по пробл. прикладн. геофиз.», 62 2001, С. 338 9. Moore, G.W., 1964, Magnetic disturbances preceding the 1964 Alaska earthquake: Nature, v. 203, Р. 508-509 10. Yu.A. Kopytenko, V.S. Ismaguilov, K. Hattori and M. Hayakawa, Determination of hearth position of a forthcoming strong EQ using gradients and phase velocities of ULF geomagnetic disturbances. Physics and Chemistry of tee Earth 31(2006) 292-298 11. Н.Г.Клеймёнова Геомагнитные пульсации http://www.kosmofizika.ru/abmn/kleimenova/pulsations.htm#k2.4 (дата обращения: 10.03.2011) 12. http://www.geo.iitp.ru 13. Костенко Н.П. К геоморфологии лакколита Бештау. Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода. 1948, № 13, С. 67-73 14. Лермонтовский рудник №1 http://miningwiki.ru/wiki/ Лермонтовский_рудник_№1 (дата обращения: 16.06.2011) 15. Собисевич Л. Е., Канониди К. Х., Собисевич А. Л. Ультранизкочастотные электромагнитные возмущения, возникающие перед сейсмическими событиями. Доклады Академии наук. Т. 429. № 5. 2009 16. Канониди К.Х. Магнитные наблюдения на Баксанской геофизической обсерватории. Современные методы геолого-геофизического мониторинга природных процессов на территории Кабардино-Балкарии. Москва, 2005 г. Издательство: «Региональная общественная организация ученых по проблемам прикладной геофизики» 17. Собисевич А.Л., Канониди К.Х. Результаты натурных наблюдений магнитного поля в районе Эльбрусского вулканического центра. Проблемы мониторинга природных процессов на территории северного кавказа. Издательство: «Региональная общественная организация ученых по проблемам прикладной геофизики». Москва. 2007г. С.154-160 63
