Ю.Ф. Мороз, Г.И. Татьков , Т.А. Мороз, Т. Моги, Ц.А. Тубанов, П.А

Электромагнитные аномалии в связи с
Култукским землетрясением на оз. Байкал
Ю.Ф. Мороз1,2, Г.И. Татьков2 , Т.А. Мороз1, Т. Моги3,
Ц.А. Тубанов2, П.А. Предеин2
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН,
Петропавловск- Камчатский
2 Геологический институт СО РАН,
Улан-Удэ
3 Университета Хоккайдо(Япония)
Содержание
•
Введение
•
Методика работ и обработки данных
•
Анализ вариаций геомагнитного поля
•
Мониторинг геоэлектричеческой неоднородности среды
•
Аномальные эффекты в электрическом поле Земли
•
Аномальные изменения напряжённости электрического
поля, электропроводности среды и уровня подземных вод
•
Выводы
Схема расположения пунктов наблюдений и векторов ReW
100
1
Тырган
2
3
100
1000
1000
4
Патроны
100
1000
.
оз
Б
а
й
к
а
100
Энхалук
л
Степной дворец
Сухой ручей
100
1000
Хурамша
20 км
•
ReW
0.1
Надеено
1 – обсерватория Патроны, 2 – пункты наблюдений, 3 – эпицентр Култукского
землетрясения с М = 6.3 (27.08.2008 г.), 4 – вещественный типпер ReW.
Вековые вариации составляющих геомагнитного поля H,D,Z.
19800
Напряженность, нТл
19600
H
19400
19200
19000
18800
года
18600
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Склонение,
минуты
D
-120
-140
-160
-180
-200
года
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Напряженность, нТл
Z
57400
57200
57000
56800
года
1960
1970
1980
1990
2000
2010
М=6,3
27.08.2008
2020
Сопоставление графиков вековых вариаций напряжённости вертикального
геомагнитного поля в обсерваториях Паратунка (1) и Патроны (2).
47200
Напряжённость, нТл
(Патроны)
57400
46400
57300
57200
57100
46000
57000
56900
1986
1976
56800
0
10
20
1996
2006
30
40
45600
М=6.3

1

2
50
Напряженность, нТл
(Паратунка)
46800
График среднегодовых значений напряжённости полного вектора
геомагнитного поля в обс. Патроны
F, нТл
60320
60310
60300
60290
2003
2009
2007
2005
годы
2011
60280
0
•
2
4
6
8
10
На временной оси стрелкой показан момент Култукского
землетрясения.
Сопоставление графиков среднегодовых значений напряжённости полного вектора
геомагнитного поля в обс. Патроны и в пп. Сухой ручей, Хурамша, Надеено
F,нТл
Патроны
60320
60310
60300
60290
60280
0
2
4
6
8
10
8
10
8
10
F,нТл
Сухой ручей
60400
60390
60380
60370
60360
0
2
4
F,нТл
6
Хурамша
60510
60500
60490
60480
0
2
4
F,нТл
6
Надеено
60080
60070
60060
60050
2003
2005
2007
2009
2011
годы
60040
0
2
4
6
8
10
Графики разностей годовых значений напряжённости геомагнитного поля
между пунктами наблюдений и обсерваторией Патроны.
Сухй ручей-Патроны
Fs-Fp,нТл
80
75
годы
70
2003
2005
2007
2009
2011
Хурамша-Патроны
Fh-Fp,нТл
200
195
190
годы
185
2003
2005
Fn-Fp,нТл
2007
2009
2011
Надеено-Патроны
-232
-236
-240
-244
-248
годы
-252
2003
2005
2007
2009
2011
Частотные характеристики магнитных типперов
Нz = WzxHx + Wzy Hy , где Hz, Hx Hy, – составляющие наблюденного геомагнитного поля; Wzx, Wzy –
коэффициенты, зависящие от частоты, распределения электропроводности в Земле и ориентации
координатных осей.
Hz = [W] Hгор., где [W] = [Wzx,Wzy]; Hгор= [Hx, Hy].
Матрица Визе-Паркинсона может быть представлена в векторной форме:
W = Wzx1x + Wzy 1y
Вектор W называется типпером Визе –Паркинсона или индукционной стрелкой Визе –Паркинсона.
Комплексный вектор W состоит из вещественного и мнимого типпера (вещественная и мнимая
индукционные стрелки):
W = ReW + iImW, где
ReW = ReWzx1x + ReWzy1y
ImW = ImWzx1x + ImWzy1y
Частотные характеристики магнитного типпера в обс. Патроны, пп. Тырган,
Энхалук и Надеено.
обс.Патроны
п.Тырган
ReW,ImW
0.4
ReW,ImW
0.2
ReW
0.16
0.3
ImW
0.12
ReW
0.2
0.08
ImW
0.1
0.04
T, c
0
100
1000
Аз, град.
100
10000
100000
100
0
100
50
-100
10000
100000
ReW
-50
-200
T, c
1000
100000
ImW
0
ImW
100
10000
150
-50
-150
1000
Аз, град.
200
ReW
50
T, c
0
10000
-100
100000
T, c
100
1000
п.Надеено
п.Энхалук
ReW,ImW
ReW,ImW
0.6
0.3
0.5
0.2
0.4
ReW
0.3
ReW
0.1
0.2
0
ImW
0.1
0
100
Аз, град.
150
1000
10000
T, c
100000
ImW
-0.1
T, c
100
300
1000
10000
100000
Аз, град.
ImW
100
200
ImW
50
100
ReW
0
ReW
0
-50
T, c
-100
100
1000
10000
100000
T, c
-100
100
1000
10000
100000
Схема расположения пунктов наблюдений и векторов ReW
100
1
Тырган
2
3
100
1000
1000
4
Патроны
100
1000
.
оз
Б
а
й
к
а
100
Энхалук
л
Степной дворец
Сухой ручей
100
1000
Хурамша
20 км
•
ReW
0.1
Надеено
1 – обсерватория Патроны, 2 – пункты наблюдений, 3 – эпицентр Култукского
землетрясения с М = 6.3 (27.08.2008 г.), 4 – вещественный типпер ReW.
Временной ряд вещественного типпера на периоде 150 с.
2
ReW
1
0
2001
2003
2005
2009
2007
2011
года
-1
0
200
400
600
М=6.3
800
сутки х 5
Схема расположения пунктов наблюдений электромагнитного поля,
уровня подземных вод и эпицентра Култукского землетрясения
102°
108°
Узур
Тырган
52°
Солнопечное
Патроны
Иркутск
Тальцы
Быстрая
Талая
о
ер
оз
Л
КА
Й
БА
Шигаево
Бабушкин
Котокель
.Б
оз
Улан-Удэ
Выдрино
35 км
0
35
70
105 км
108°
102°
1
2
3
4
ай
к
ал
52°
Система наблюдений электрического поля японскими (а) и российскими
регистраторами
С
а
б
4
4
1
8
1
8
5
5
0
0
7
9
2
7
6
2
3
9
6
10
3
100 м
5
1
Временные ряды напряжённости
электрического поля
Бабушкин
мВ/км
158
156
154
0
Котокель
а
мВ/км
а
352
348
200
400
600
800
1000
б
362
360
358
0
200
400
600
800
1000
б
84
80
76
0
200
400
600
800
1000
0
200
400
в
600
800
1000
0
200
400
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
в
32
-264
24
16
-268
0
200
400
600
800
1000
г
г
128
-118
120
-122
0
200
400
600
800
1000
0
200
954
400
д
д
-892.4
952
сек х 10
950
0
200
400
600
800
-892.8
1000
сек х 10
0
200
400
M=6.3
L=312 км
27.08.2008 (01:35:31)
M=6.3
L=127км
27.08.2008 (01:35:31)
Шигаево
мВ/км
-24
-28
-32
0
200
400
Солнопечное
мВ/км
-16
-24
-32
-40
а
600
800
1000
0
а
200
400
-640
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
б
б
240
230
-644
0
200
400
в
600
800
1000
0
200
400
в
1656
172
1652
170
1648
0
200
400
г
600
800
1000
704
0
200
400
г
1040
702
1036
0
200
400
600
800
1000
0
200
400
д
д
2208
2200
2192
сек х 10
0
200
400
600
800
1000
M=6.3
L=176 км
27.08.2008 (01:35:31)
-4860
-4880
-4900
сек х 10
0
200
400
600
800
1000
M=6.3
L=108 км
27.08.2008 (01:35:31)
Временные ряды напряжённости электрического поля
168
164
160
Тальцы
мВ/км
Тырган
мВ/км
а
а
-480
-560
0
200
512
508
504
400
б
600
800
1000
0
200
400
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
б
1080
1000
920
0
200
400
600
800
1000
0
200
400
в
в
-72
160
-80
80
-88
0
200
400
600
800
1000
г
-1112
0
200
400
г
320
-1120
240
-1128
160
0
200
400
600
800
1000
0
200
400
д
320
д
160
-3444
-3448
-3452
сек х 10
0
сек х 10
0
200
400
600
800
0
200
400
M=6.3
L=201 км
27.08.2008 (01:35:31)
1000
M=6.3
L=60 км
27.08.2008 (01:35:31)
Узур
мВ/км
0
200
0
-2
-4
400
0
200
400
а
148
146
144
142
600
800
1000
б
200
198
196
Выдрино
мВ/км
а
560
558
556
0
200
400
600
800
1000
в
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
600
800
1000
б
4
0
-4
0
200
400
в
531
528
0
200
-554
-556
-558
400
600
800
1000
0
200
400
0
200
400
1140
г
г
1134
0
200
-1134
-1136
-1138
400
д
600
800
1000
д
11640
11600
сек х 10
0
200
400
600
800
1000
M=6.3
L=312 км
27.08.2008 (01:35:31)
11560
сек х 10
0
200
400
M=6.3
L=43 км
27.08.2008 (01:35:31)
Графики напряжённости составляющих геомагнитного поля Н и D в
обс.Патроны и п. Тырган.
Кривые МТЗ вокруг южной части озера Байкал
Быстрая
10000
Солнопечное
Тальцы
к,Ом.м
Тырган
10000
10000
100000
1000
1000
1000
10000
100
100
100
1000
10
10
10
100
1
1
1
10
Узур
1000
0.1
0.1
0.01 0.1
1
10 100 1000
c1 /2
1
10 100 1000
10
1
0.1
1
0.01 0.1
1
0.01
0.01 0.1
10 100 1000
Бабушкин
Выдрино
1000
100
0.1
0.01 0.1
1
10 100 1000
Шигаево
10000
1000
10000
100
1000
100
1000
10
100
10
100
1
10
1
10
0.1
1
0.1
1
0.01
0.1
0.01
0.1
1
10 100 1000
0.01 0.1
1
10 100 1000
0.01 0.1
1
10 100 1000
c1 /2
0.01 0.1
1
10 100 1000
Котокель
к,Ом.м
0.01 0.1
к,Ом.м
к,Ом.м
0.01 0.1
1
10 100 1000
 ,c1 /2
1
2
3
 ,c1 /2
График зависимости разности времени между моментами землетрясения
и временем возникновения импульсов от эпицентрального расстояния
Сопоставление графиков напряжённости электрического поля внутриземных
источников в п. Быстрая и уровня подземных вод в п. Талая. На временной оси
указан момент землетрясения с М=6.3
Сопоставление графиков вещественной и мнимой частей электрического типпера в
п. Быстрая с графиком уровня подземных вод в п. Талая. На временной оси указан
момент землетрясения с М=6.3.
Выводы
По данным многолетних наблюдений геомагнитного поляв ыявлены изменения среднегодовых
значений полного вектора геомагнитного поля с 2003 по 2011 гг. Предполагается, что эти изменения могут
быть вызваны активизацией геодинамических процессов, которые проявились сильнейшим Култукским
землетрясением.
По вариациям геомагнитного поля в диапазоне периодов от первых минут до первых часов получены
частотные кривые магнитного типпера в обс. Патроны, пп. Энхалук , Тырган и Надеено.
Экспериментальные кривые типперов нельзя объяснить наличием только проводящего осадочного чехла
в Байкальской впадине. Удовлетворительное согласие экспериментальных и модельных частотных
кривых типпера получено для обобщённой двумерной модели, содержащей также глубинные проводящие
слои. При этом в районе п. Энхалук модель на глубинах 2 -10 км содержит разлом шириной в первые сотни
метров с удельным электрическим сопротивлением в первые единицы Ом∙м.
В поведении вещественных типперов на периодах 150 – 300 с проявилось аномальное возмущение,
которое может быть связано с Култукским
землетрясением. Приближённые оценки, выполненные с
помощью численного моделирования магнитотеллурического поля, свидетельствуют, что для подобного
изменения вещественного типпера на периоде 150 с необходимо увеличение электропроводности верхних
частей земной коры
южной части впадины в первые десятки раз. Возможно, что в результате
землетрясения в указанные части разреза произошло проникновение высокоминерализованных
растворов. С течением времени минерализация растворов уменьшалась и аномалия исчезла. Также нельзя
исключить появление в результате землетрясения литосферно-ионосферных связей, которые могли
привести к аномальным возмущениям магнитного типпера.
В электротеллурическом поле, примерно, за 20 минут до землетрясения не проявились или слабо
проявились короткопериодные вариации с периодами в первые десятки секунд. Эффект выражен в
геомагнитном поле. Он является региональным. Связь эффекта с землетрясением проблематична. Различная
степень проявления эффекта в пунктах наблюдений определяется электропроводностью геологической
среды.
Наряду с затуханием высокочастотных вариаций перед землетрясением в электрическом поле
проявились скачкообразные изменения по времени близкие к моменту землетрясения. В большей мере они
выражены в поведении вертикальной компоненты электрического поля. Эффект связан с приходом
сейсмической волны и является косейсмическим. Амплитуда сейсмоэлектрического сигнала определяется
интенсивностью сейсмической волны. Сейсмоэлектрический сигнал может быть обусловлен
электрокинетическим эффектом, а также смещением электродов в результате действия сейсмической волны
от землетрясения.
В п. Быстрая в поведении электрического поля внутриземных источников выявлена бухтообразная
аномалия интенсивностью 100 мВ/км, связываемая с Култукским сильным землетрясением. Аномальное
изменение электрического поля началось за 40 суток до землетрясения. Аномалия по времени и форме
согласуется с подъёмом уровня воды в скважине, расположенной в 14 км от пункта Быстрая.
Предполагается, что в связи с землетрясением увеличились тектонические напряжения в земной коре,
которые вызвали поднятие уровня подземных вод. В результате возникли электрокинетические,
электрохимические и другие эффекты в верхних частях земной коры, которые проявились аномальным
изменением напряжённости электрического поля, которое является предвестником сильного Култукского
землетрясения.
В п. Быстрая в поведении вещественной части электрического типпера, характеризующего
геоэлектрическую неоднородность среды, выявлено аномальное изменение в виде бухтообразной вариации,
которая связывается с Култукским землетрясением. Вариация предваряет и сопровождает землетрясение.
Аномальные изменения произошли за 10 – 15 суток до землетрясения. Аномалия согласуется с подъёмом
уровня воды в п. Талая. Предполагается, что аномалия вещественной части электрического типпера связана
с подъёмом уровня воды, которое привело к уменьшению степени геоэлектрической неоднородности среды.
Выявленный аномальный эффект в поведении электрического типпера является предвестником сильного
Култукского землетрясения.
Благодарю за внимание