Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор современных методов и средств мониторинга сейсмической активности
1.1. Сравнительный анализ состояния сейсмологических и геофизических наблюдений в России и за рубежом
1.2. Современное состояние служб РАН и федеральных органов исполнительной власти РФ в составе федеральной службы сейсмических наблюдений (ФССН)
1.2.1. Геофизическая служба Российской академии наук (ГС РАН)
1.2.2. Служба мониторинга геологической среды Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр (СМГС Роскомнедр)
1.2.3. Служба специального контроля Министерства обороны 17 Российской Федерации (ССК Минобороны России)
1.2.4. Служба сейсмических и геодинамических охранных сетей наблюдений Министерства Российской Федерации по атомной энергии (ССГДОСН Минатома России)
1.2.5. Служба геодинамических наблюдений Министерства топлива и энергетики Российской Федерации (СГДН Минтопэнерго России)
1.2.6. Служба инженерно-сейсмометрических наблюдений Министерства строительства Российской Федерации (СИСН Минстроя России)
1.2.7. Служба контроля деформации земной поверхности Феде- 21 ральной службы геодезии и картографии России
(СКД Роскартографии)
1.3. Современное состояние проблемы прогноза землетрясений 22
1.4. Методики мониторинга параметров окружающей среды с целью прогноза землетрясений
1.5. Основные аппаратурно-методические комплексы для оснащения Федеральной сети сейсмологических наблюдений в России и технические требования к ним
1.5.1. Сейсмологические измерения 38
1.5.2. Измерения деформаций и наклонов земной коры 40
1.5.3. Измерения электрического поля 42
1.5.4. Измерения электрического сопротивления 42
1.5.5. Измерения магнитного поля 44
1.5.6. Гидрогеологические измерения 44
1.5.7. Геохимические измерения Геотермические измерения 46
Измерения электромагнитной эмиссии 46
Измерения акустической эмиссии 47
Измерения силы тяжести и ее вариаций 48
GPS-технологии для среднесрочного и краткосрочного прогнозирования землетрясений
Краткий очерк истории изучения сейсмической активности на Северо-Кавказском регионе
Выводы по разделу 54
Разработка и исследование технологии комплексного мониторинга геофизических, газ-геохимических и гидродинамических полей для целей прогноза землетрясений .
Разработка оптимального комплекса 56
многопараметрового сейсмологического мониторинга.
Методика и техника многопараметрового мониторинга
Сейсмический мониторинг полей ближних и дальних землетрясений
Особенности регионального сейсмического 65
мониторинга в Краснодарском крае.
Мониторинг электромагнитного излучения (ЭМИ) 78
Мониторинг методом аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ)
Наклономерные измерения 86
Мониторинг уровня и температуры подземных вод 90
Режимные газгидрогеохимические наблюдения 94
Мониторинг гелиевых полей 94
Мониторинг содержания радона , 98
Методики определения содержания химических компонентов
Метод спутниковой геодезии для целей геодинамического мониторинга
Выводы главы 110
Основные результаты работ по выявлению взаимосвязи сейсмической активности и особенностями вариаций геофизических и газ-геохимических полей .
Основные характеристики Нижнекубанского землетрясения 09 ноября 2002 года
3.2. Вариации геофизических полей на примере Нижнекубанского землетрясния
3.3. Изменение содержания химических компонентов во флюидах
3.4. Реакция ГГД-поля на сейсмическую активность 124
3.4.1. Реакция гидрогеосферы на геодинамическую активизацию, вызванную землетрясением 05.10.2007 г .
3.5. Вариация объемного содержания радона. 130
3.6. Комплексный анализ геолого-геофизической информации
3.7. Оценка сейсмогеодинамического состояния геологической среды районов Северо-Кавказского региона на основе комплексной интерпретации данных мониторинга геофизических и газгидрогеохимических полей
3.8. Прогноз сейсмогеодинамической активности и сейсмической опасности на территории Северо-Кавказского региона
3.9. Выводы по главе 151
Глава 4 Направления и перспективы совершенствования средств мониторинга окружающей среды азово- черноморского региона
4.1. Развитие организационно-правового обеспечения мониторинговых работ для прогноза сейсмической активности.
4.2. Основные направления инновационно-технического развития средств мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморского региона.
4.2.1. Развитие сети комплексных наземных станций геофизического и газ-геохимического мониторинга
4.2.2. Проблема мониторинга района Сочи 160
4.2.3. Мониторинг донных геодеформаций морской части 165 полигона
4.2.4. Развитие и совершенствование телеметрических систем 169 сбора данных и алгоритмов их обработки.
Заключение 173
Список использовавшихся источников
- Современное состояние служб РАН и федеральных органов исполнительной власти РФ в составе федеральной службы сейсмических наблюдений (ФССН)
- Краткий очерк истории изучения сейсмической активности на Северо-Кавказском регионе
- Сейсмический мониторинг полей ближних и дальних землетрясений
- Реакция гидрогеосферы на геодинамическую активизацию, вызванную землетрясением 05.10.2007 г
Введение к работе
Актуальность проблемы. Землетрясения являются одним из наиболее опасных природных явлений, создающих угрозу безопасности населения и наносящих значительный материальный ущерб. Согласно принятой 1января 1996 года временной схеме сейсмического районирования Северного Кавказа большая часть прибрежной территории региона отнесена к сейсмически опасной зоне с возможным воздействием 6-9 - балльных землетрясений. В этой связи в зоне высокого сейсмического риска находится большое количество потенциально опасных объектов промышленного и социального назначения, сотни километров нефтегазопроводов, железных дорог и т.д. Кроме того, около 80% населения проживает вблизи объектов, построенных без учета реальной сейсмической опасности. Известно, что, даже незначительные сейсмические толчки приводят к тектоническим подвижкам в земной коре и перераспределению грунтовых масс, что, в свою очередь, может стать «спусковым крючком» к возникновению оползней, разрушению дамб, магистральных трубопроводов и иных технических и социальных сооружений и привести к серьезным экологическим последствиям. Отсутствие развитой сети прогностических пунктов и проблемно ориентированного центра прогнозирования землетрясений, разобщенность организаций, ведущих работы по прогнозированию землетрясений на территории региона, использование устаревшей технической базы наблюдения и регистрации сейсмологических параметров, а также отсутствие системы инструментальной оценки сейсмостойкости зданий и сооружений существенно снижает возможности обеспечения сейсмической безопасности населения и территории. В этой связи создание и внедрение технологии мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморского региона Северного Кавказа является, безусловно, актуальным.
Цель и задачи диссертационной работы: Разработка технологии многопараметрового мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморского региона комплексом геолого-геофизических методов.
Поставленная цель определяет следующие задачи исследований:
-
Анализ существующих методов и технических средств, применяемых для мониторинга сейсмической активности контролируемых территорий.
-
Обоснование выбора современного комплекса методов и цифровых технических средств мониторинга.
-
Разработка и исследование технологии многопараметрового мониторинга на основе предложенного комплекса.
-
Оценка эффективности применения предложенного комплекса на примере регистрации параметров геофизических полей во время Нижнекубанского землетрясения 9 ноября 2002 года.
-
Оценка перспектив и направления дальнейшего совершенствования методов и технических средств мониторинга сейсмической активности.
Методы и объекты исследований.
При разработке технологии мониторинга сейсмической активности применялись как теоретические, так и экспериментальные методы анализа их метрологических возможностей и технических средств многопараметрового мониторинга, лабораторные и полевые испытания цифровой регистрирующей аппаратуры и других технических средств, объединяемых в единый аппаратурно-методический комплекс.
При разработке комплекса технических средств объектом исследования являлись приборы и методы, применяемые для регистрации параметров геофизических, гидрогеодеформационных (ГГД) и газгидрогеохимических полей, их характеристики и технические возможности.
При оценке эффективности разработанного комплекса объектом исследования являлись геофизические, ГГД и газгидрогеохимические поля, регистрируемые созданной системой в процессе мониторинга сейсмической активности контролируемой территории.
Фактической основой работы явились результаты, полученные при непосредственном участии автора в ходе научно-технических разработок, опытно-методичес-ких и полевых работ с предложенным комплексом, проведенных в ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» в период с 2000 по 2008 гг.
Научная новизна работы.
1. Впервые в Краснодарском крае разработана и реализована технология многопараметрового мониторинга сейсмической активности территории, с использованием геофизических, геодезических, ГГД и газгидрогеохимических методов в виде системы комплексных наблюдательных пунктов.
2. Теоретически и экспериментально обоснован выбор методов и технических средств, применяемых для регистрации геофизических, ГГД полей и газгидрогеохимических параметров.
3. По результатам опытной эксплуатации разработанного комплекса на контролируемой территории выявлены аномальное поведение геофизических полей и изменение содержания химических элементов в грунтовых водах, имеющие характер предвестников сейсмических событий.
4. Разработаны формализованные критерии уровня сейсмической активности и сейсмической опасности контролируемой территории.
5. Определены направления и перспективы дальнейшего совершенствования средств мониторинга окружающей среды Азово-Черноморского региона.
Практическая значимость и реализация результатов.
1. Выводы и рекомендации, изложенные в настоящее работе, позволяют обосновать рациональный выбор методов, оборудования и средств мониторинга сейсмической активности территории, а также обеспечить необходимый контроль напряженно-деформированного состояния земной коры.
2. Предложенная автором технология показала высокую эффективность мониторинга сейсмической активности территории Азово-Черноморского полигона на примере Нижнекубанского землетрясения 2002 г. и позволила выявить основные факторы, имеющие характер предвестников сейсмических событий для этого региона.
3. Разработанная технология может быть использована при микросейсмическом районировании территорий на этапе проектирования объектов промышленного и гражданского строительства в сейсмоопасных зонах, а также для целей мониторинга напряженного состояния среды при эксплуатации ответственных инженерных сооружений и коммуникаций.
Разработанная технология в настоящее время успешно применяется в ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» для мониторинга сейсмической активности территории Азово-Черноморского полигона.
Основные защищаемые положения:
1. Технология регионального многопараметрового мониторинга сейсмической активности территории с помощью комплекса геолого-геофизических методов.
2. Обоснование выбора методов и технических средств для регистрации параметров геофизических, ГГД и газгидрогеохимических полей.
3. Выявленные аномальное поведение геофизических полей и содержание химических элементов в грунтовых водах, имеющие характер предвестников сейсмических событий.
4. Формализованные критерии уровня сейсмической активности и сейсмической опасности контролируемой территории.
5. Направления и перспективы совершенствования средств мониторинга окружающей среды Азово-Черноморского региона.
Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена автором во время обучения в аспирантуре на кафедре геофизических методов поиска и разведки Кубанского государственного университета. Все основные результаты, представленные в работе и имеющие научную и практическую значимость, были получены лично автором, либо при его непосредственном участии в период работы в ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» и в ЮНЦ РАН с 2000 по 2008 гг.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах, совещаниях и международных конференциях, в том числе на 2-й Международной научно-технической конференции и выставке по разработке новых технических средств и технологий для работы на шельфе и в Мировом океане (НИПИокеангеофизика, г. Геленджик 2001 г.); Международной конференции «Дегазация Земли, геофизика, газгеохимические методы исследований» памяти академика П.Н. Кропоткина (г. Москва, ГЕОС 2002 г.); 4-й Международной научно-практической геолого-геофизической конкурс-конференции молодых ученых и специалистов «Геофизика-2003» (г. Санкт-Петербург, 2003); the 1-st International Workshop on Earthquake Prediction (Athens, Greece, 6-7 November 2003); Международной научно-технической конференции по проблемам нефтегазоносности Черного, Азовского и Каспийского морей (г. Геленджик, 2004 г.); Научно-практической конференции «Системный анализ в экономике и управлении», (г. Таганрог, октябрь 2004 г.); Международной научной конференции молодых ученых «Молодежь в науке» (г. Минск 14-18 ноября 2005 г., НАН РБ); Международном семинаре «Геодинамика и сейсмичность Средиземноморско-Черноморско-Каспийского региона», (г. Геленджик, 2-7 октября 2006 г.); Международной научной конференции молодых ученых «Молодежь в науке» (г. Минск, 16-19 октября 2006 г. НАН РБ); Восьмой уральской молодежной научной школе по геофизике (г.Пермь, 19-23 марта 2007 г. Горный институт УрО РАН), а также на кафедре геофизических методов поиска и разведки Кубанского государственного университета.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 28 работ, 5 из которых в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, а также получен патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 195 страниц текста, 10 таблиц, 48 рисунков, библиографический список включает 120 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и благодарность за научное руководство и помощь на всех этапах от постановки задачи до выполнения работы, научному руководителю профессору кафедры геофизики КубГУ, д.т.н. В.И. Гуленко, а также заведующему кафедрой геофизики КубГУ, д.т.н., профессору С.И. Дембицкому.
Автор благодарен Бякову Ю.А., академику РАЕН, заслуженному геологу РФ, заслуженному деятелю науки Кубани, за научно-методическую и моральную помощь в осуществлении исследований.
Автор благодарен своим коллегам, руководителям, академикам РАН В.А. Бабеш-ко (ЮНЦ РАН), А.А. Маловичко (ГС РАН), д.ф-м.н. Л.Е.Собисевичу (ИФЗ РАН) к.т.н. В.А. Шереметьеву (Департамент биоресурсов и экологии Краснодарского края) за тесное научно-техническое и информационное сотрудничество. Автор искренне благодарен руководству ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» – генеральному директору к.т.н. А.П. Пронкину и главному геологу д.г-м.н. В.М.Юбко, а также своим коллегам специалистам, руководителям подразделений ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» к.г.-м.н. Ш.А. Басенцяну и к.т.н. В.А.Фоменко, за поддержку работы и внимание к прак-тической реализации её результатов.
Современное состояние служб РАН и федеральных органов исполнительной власти РФ в составе федеральной службы сейсмических наблюдений (ФССН)
За последние 25 лет во многих странах, для территорий которых характерна значительная сейсмическая активность, в том числе и возникновение разрушительных землетрясений, получили существенное развитие научные исследования по созданию методов прогнозирования землетрясений. Накопленный в международной геофизике опыт работ свидетельствует, что принципиальное значение для успешного решения задачи определения места, времени и силы ожидаемого землетрясения имеет создание систем комплексных наблюдений, обеспечивающих с необходимой частотой опроса в пространстве и времени непрерывный сбор прогностических данных при ведущей роли сейсмологических наблюдений [5].
Из зарубежных стран наиболее высоким техническим и методическим уровнем характеризуются работы по оценке сейсмического риска и прогнозированию землетрясений в Японии, США и Китае [16].
Наиболее мощной системой сейсмологического и геофизического мониторинга, ориентированного на прогноз землетрясений, располагает Китай, где все наблюдения централизованы, проводятся и развиваются Государственным сейсмологическим бюро. Значительные успехи достигнуты китайской сейсмологией и в области прогноза землетрясений.
На территории США в настоящее время действует несколько тысяч стационарных сейсмических станций различных ведомств. В наиболее сейсмоопасных районах, например в Центральной Калифорнии, плотность сейсмической сети такова, что среднее расстояние между станциями составляет около 10 км. Основным ведомством в США, осуществляющим большой объем работ по сейсмологическому мониторингу территории страны, начиная с магнитуд М = 2.5, является Геологическая служба США [17]. Высокая плотность сетей сейсмологических и геофизических наблюдений характерна для территории Японии. Однако, в сравнении с Китаем, работы по прогнозу землетрясений в этой стране скоординированы в значительно меньшей степени.
Состояние сейсмологических и геофизических наблюдений в России характеризуется ведомственной разобщенностью проводимых работ, резким снижением в последние годы уровня финансирования наблюдательных сетей, технической отсталостью их оборудования [5]. Это позволяет считать сложившееся положение критическим. Территория России охвачена наблюдениями крайне неравномерно. Наибольшая плотность сети имеет место в сейсмоактивных районах Северного Кавказа, Курило-Камчатской, Алтае-Саянской и Байкальской зон. Обширные районы Русской платформы, Урала, Западной и Центральной Сибири, европейского и азиатского Севера охвачены наблюдениями очень слабо. Если принять плотность сейсмической сети Японии за 1, то в России она составляет 0,01, в то время как в США - 0,33, в Германии - 0,26, в Канаде - 0,03 (рис. 1.1).
Плотность сети сейсмических станций на территории России, Канады, Германии и США по сравнению с Японией, количество сейсмостанций которой на единице площади принято за единицу.
С 1905 по 1991 гг. количество станций на территории бывшего СССР увеличилось с 6 до 500, а к 1995 году на территории России осталось всего 180 станций телесейсмической, региональных и локальных сетей сейсмологических наблюдений. В результате сокращения финансирования практически перестали функционировать в необходимом режиме немногочисленные прогностические полигоны.
Состояние сейсмологических и связанных с ними геолого-геофизических обсервационных работ в части оценки сейсмической активности и возможностей прогноза в рассматриваемом в рамках данной работы Азово-Черноморском регионе характеризуется сравнительно большей активностью, но, вместе с тем, требует боле пристального внимания, обусловленного значительным количеством объектов промышленного, социального и культурного назначения, высокой плотностью населения, увеличивающегося сезонно на порядки.
В связи с вышесказанным, региону присвоен самый высокий индекс сейсмической опасности - 9 [2].
Данный краткий сравнительный анализ показывает, что в России для достижения современного уровня работ по сейсмологическим наблюдениям и прогнозированию землетрясений, а также реализации на практике отечественных методических, технологических и технических достижений в этой области, имеющих, по общему признанию, мировое значение, первостепенной задачей является сохранение и скоординированное развитие существующих наблюдательных сетей, организация их совместного функционирования, в особенности в районах с большим сейсмическим риском, к которым относится и Северный Кавказ.
Геофизическая служба Российской академии наук (ГС РАН) ГС РАН создана Постановлением Президиума РАН от 31.05.1994 г. № 103 [18] на правах научно-исследовательского института в составе ОИФЗ РАН. В настоящее время служба включает: опытно-методические экспедиции (партии), имеющие в своем составе телесейсмические, региональные и локальные сети сейсмологических наблюдений; региональные информационно-обрабатывающие центры; информационно-обрабатывающий центр ГС РАН (Центр сбора и обработки сейсмологических данных РАН в г. Обнинске Калужской области) с подразделениями управления. Организация Геофизической службы (ГС РАН) и затем ГС СО РАН (Сибирского отделения) позволила выправить ситуацию с состоянием сейсмической сети. Уже в 1995 г. была достигнута стабилизация ситуации, а, начиная с 2000 г., стало возможным говорить о начале развития и модернизации системы сейсмологических наблюдений [19]. За 7 лет в различных регионах Российской Федерации были запущены в эксплуатацию в общей сложности около 100 цифровых телесейсмических или региональных станций. Количество цифровых станций к концу 2007 г. достигло 237 [5].
В настоящее время система сейсмологических наблюдений ГС РАН и ГС СО РАН включает более 260 сейсмических станций и 11 региональных обрабатывающих центров (рис.2), развернутых во всех филиалах: Камчатском (KRSC), Сахалинском (SKHL), Магаданском (NERS), Якутском (YARS), Байкальском (BYKL), Бурятском (BURS), Алтае-Саянском (ASRS), Кольском (KORS), Дагестанском (DRS), Северо-Осетинском (NORS), а также на базе Кавминводского полигона (KIV) на Северном Кавказе. В штате ГС РАН и ГС СО РАН работают более 1000 высококвалифицированных специалистов в области сейсмологии, геофизики, геоинформатики и телекоммуникационных технологий.
Краткий очерк истории изучения сейсмической активности на Северо-Кавказском регионе
В условиях правового государства основополагающим моментом для начала любой деятельности, в том числе и геолого-геофизических работ и исследований, является проработка законодательной, нормативной, методологической и технологической базы, регламентирующей их проведение. С этой целью автором был проведен анализ документов, связанных с различными вопросами, регулирующими проведение работ по созданию системы мониторинга геофизических, газ-геохимических и гидродинамических наблюдений на Северном Кавказе с целью взаимодействия и интеграции в существующие сети сейсмологического мониторинга (см. разделы 1.5.-1.6.)[52].
Выбор оптимальной методики работ с учетом геологического строения и геофизических особенностей исследуемого региона определяет, в свою очередь, комплекс технических средств исследований, регламент сбора и обмена информацией с заинтересованными ведомствами, возможность межотраслевого и межведомственного научно-технического сотрудничества и кооперации в области сбора и обработки полученной информации в дальнейшем [53].
Как показывает мировая практика, в условиях развития глобальных информационных систем оптимальным является путь создания и развития систем с открытой блочно-модульной архитектурой и матричной системой их управления. Поэтому уже на этапе проектирования важно заложить правильную основу их дальнейшего развития [54].
В условиях дефицита финансирования для организации мониторинга сейсмических событий должна быть выбрана стратегия оптимального реагирования, препятствующая разрушению сети и адаптирующаяся к изменяющимся условиям (геофизическим, экономическим, политическим)[16]. В основу разра ботки этой стратегии должна быть положена оценка эффективности при постепенном сокращении числа действующих станций, автоматизации наблюдений и допустимом снижении оперативности передачи информации в центры обработки данных. В этих условиях мы предлагаем создать единую систему комплексного мониторинга на Северном Кавказе и, в частности, в Краснодарском крае [13]. На нее должно быть возложено: наблюдение, оценка, прогноз и контроль источников и факторов технических воздействий и опасных природных явлений; наблюдение, оценка, прогноз и контроль окружающей среды; своевременное обнаружение, идентификация и прогнозирование развития техногенных аварий и катастроф, а также формирующихся при этих авариях и катастрофах вредных поражающих факторов, уровней физических полей, полей концентраций радиоактивных, химических, биологических веществ; контроль за динамикой процессов на отдельных промышленных, сельскохозяйственных и других объектах; оценка степени опасности, складывающейся экологической обстановки при нормальном регламентном функционировании опасных объектов, а также чрезвычайных ситуаций, возникающих при технических авариях и катастрофах; сбор, обработка, анализ и обобщение данных об энергоемких процессах с целью выявления аномалий, являющихся предвестниками опасных природных явлений; проведение систематических инспекционных измерений фоновых параметров состояния окружающей природной среды; наблюдение, оценка и прогноз опасности трансграничных и трансрегиональных переносов; комплексная оценка состояния среды обитания человека, составление и ведение экологических, метеорологических, сейсмопрогностических и других карт для отдельных территорий, регионов и страны в целом.
В основу проектирования и создания Азово-Черноморского сейсмогео-динамического полигона положены разработки НИПИ Океангеофизика [55] и опыт многолетних исследований сейсмической активности различными организациями как в СССР (России), так и за рубежом, кратко охарактеризованный в предыдущих разделах. При этом наибольшее внимание уделялось результатам, достигнутым на Северном Кавказе организациями: ИФЗ РАН, Севкавказгеоло-гия, Кубаньгеология, Центр ГЕОН, ЮНЦ РАН, Кубанский государственный университет и др. [56-62].
Стадийность в реализации носила последовательный характер и каждый последующий этап являлся логическим продолжением предыдущего с учетом накопленного практического опыта и оптимизацией аппаратурно-программных средств, мест их дислокации, методов сбора и обработки полученной информации.
Началом создания полигона стал ввод в действие центральной обсерватории в Геленджике на территории специализированного навигационно -геодезического пункта (Объект Г-180, район Голубой бухты г.Геленджик) использовавшегося НИПИ Океангеофизика совместно с Министерстовом обороны СССР для испытаний систем спутниковой навигации «ГЛОНАСС» и имевшим возможность круглосуточного функционирования при военизированной охране (рис. 2.1.). Рис. 2.1. Лабораторный корпус обсерватории Г-180, датчики сейсмографа ССМ-С и термозащищенное помещение датчиков
В настоящее время в обсерватории г. Геленджик находится лаборатория постобработки, которая входит в состав Геленджикского сейсмогеодинамиче-ского полигона.
На территории Контрольного пункта расположены: - специальный капитально устроенный бокс (помещение сейсмостанции) с системой стабилизации температурного режима, в котором находятся три бе тонных основания (тумбы), опирающиеся нижней частью на коренные породы. На бетонных основаниях установлены датчики и блоки аппаратурно технических средств (аналоговая сейсмостанция «ССМ-С» производства ОКБ ИФЗ РАН, регистратор РСС «Дельта - ГЕОН»); - наблюдательная скважина с аппаратурой «Радиус-ТМ»; - радиометр радона «РРА-01М-03»; - три помещения, объединенных в лабораторию постобработки, где установлены аппаратурно-технические средства и компьютерная техника. Вся первичная информация архивируется на жестких и дублируется на CD дисках с целью гарантии сохранности и регистрации первичной информации. На компьютерах лаборатории производится ее постобработка, а затем данная информация передается в ситуационный центр тематической партии сейсмогео-динамического мониторинга ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» для окончательной обработки.
В дневное время на объекте находится два техника и два инженера, которые обслуживают находящуюся на Контрольном пункте аппаратуру и занимаются постобработкой получаемой информации.
В дальнейшем были введены в действие и оборудованы регистраторами Дельта-Геон, гидродинамическими скважинами и комплексами Радиус ТМ обсервационные пункты в селах Михайловский Перевал и Криница, послужившие основой локальной сейсмологической сети.
Сейсмический мониторинг полей ближних и дальних землетрясений
Одной из главных особенностей регионального сейсмического мониторинга является сбор и обработка сейсмических сигналов с целью построения каталога землетрясений для его дальнейшей обработки. Каталог землетрясений является информационной базой для создания геофизической основы прогноза сейсмогеодинамической активности и оценки степени сейсмической опасности на территории Северо-Кавказского региона. Работы выполнялись согласно Методическим рекомендациям Центра ГЕОН [54] с применением портативных цифровых регистраторов типа РСС «Дельта - ГЕОН», предназначенных для измерения, регистрации и хранения характеристик сейсмических сигналов в цифровом виде. Данные цифровые сейсмические станции производит ООО «Логис» (г. Жуковский), на базе ГП НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова, . Жуковский ) и ЦРГГИ «ГЕОН» (г. Москва) [68].
Регистратор сейсмических сигналов РСС «Дельта - ГЕОН» при выполнении данных работ применялся для автоматической регистрации сейсмических сигналов от естественных и искусственных источников сейсмических колебаний.
Выбор мест для размещения пунктов мониторинга и общей оптимальной конфигурации локальной сейсмической сети зависит, прежде всего, от пространственного положения сейсмоопасных (морфоструктурных) узлов и активных разломов (зон ВОЗ) в пределах контролируемой территории. При этом учитывались размерность и ориентировка изосейст высоких баллов сильных землетрясений (Анапского 1966 года, Крымского 2003 года и др.) и положение градиентных зон физических параметров верхней части земной коры, в частности зоны градиентов Анапского гравитационного максимума и зоны контрастного изменения электропроводности внутри коры по данным МТЗ. Наилучшей является ситуация, когда сейсмоактивные узлы расположены внутри контура локальной сети. Их современное положение и степень активности выявляются при анализе характера пространственно-временного распределения рассеянной и сосредоточенной слабой сейсмичности.
Для размещения аппаратуры РСС «Дельта - ГЕОН» пункты установки выбирались таким образом, чтобы активные сейсмогенерирующие зоны находились внутри зоны триангуляции, с обеспечением необходимых расстояний между ними. Такие требования необходимо выполнять с целью получения качественных материалов по определению параметров сейсмособытий (координаты, глубина и магнитуда). Рекомендуемое расстояние установки РСС «Дельта -ГЕОН» от центра триангуляции должно составлять 180 - 250 км.
После анализа и оценки сейсмотектонической обстановки и приблизительного выбора участков для расположения режимных пунктов, их конкретное положение на местности уточняется с учетом следующих факторов: - уровня промышленных помех (от электрических и вибрационных устано вок, транспорта) и уровня штормовых микросейсм, при этом благоприятным соотношением сигнал/помеха считается Ас /Аш 3, где Ас, Аш - максималь ные амплитуды сейсмических сигналов и помехи соответственно; - величины затухания (рассеяние, поглощение) сейсмических волн при удалении от источника; - сейсмогрунтовых условий в приповерхностной 10-15-метровой толще массива (категории грунта по СНиП 2-7-82, положения УГВ и литолого-структурных условий); - возможности экономичного и удобного для обслуживания обустройства режимного пункта (наличие подъездов, электроэнергии, воды, радиосвязи, ох раны). После монтажа площадной расстановки выполняются, как было указано выше, численные расчеты при закрепленной конфигурации сети определения. Определяется минимально-достоверный уровень магнитуды сейсмических событий (пороговое значение Mmin) для данной расстановки. По мере удаления эпицентра от центра расстановки погрешности координат и глубин гипоцентров землетрясений возрастают вместе с величиной Mmin или Kmin На этом основании определяется достаточность или недостаточность плотности пунктов наблюдений и расстояний между ними для регистрации заданного минимального уровня магнитуды - М (или энергетического класса - К).
Предварительная схема Азово-Черноморского полигона и размеры его площади, охватываемой действующей локальной сетью из восьми станций, составляют 270 х 180 км, что соответствует площади 48600 км и при 10 наблюдательных станциях приближается к уровню развитых стран, что достигнуто впервые в Азово-Черноморском регионе (рис.2.5.). Естественно, наибольшая точность локализации гипоцентров (эпицентров) будет в центральной части локальной сети.
Данные каталогов зарегистрированных близких и местных землетрясений, полученные ранее в 2002 году и приведенные в отчетах ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» [69,70], показывают, что большинство сейсмических событий каталога были зафиксированы в Контрольном пункте г. Геленджик и режимном пункте п. Михайловский Перевал. Эти два пункта, расположенные в центре сети, являются наиболее тензочувствительными к наименьшей магни-туде при лучшем соотношении сигнал/помеха и, возможно, с меньшей степенью затухания сейсмической волн.
В контрольных пунктах г. Анапа и п. Павловский, более удаленных от центра сети, зарегистрировано соответственно 12 и восемь событий, в наблюдательных пунктах г. Темрюк и г. Туапсе (граница сети) - соответственно шесть и два события. Полученное распределение указывает на предельное расстояние полигона по большой оси северо-запад - юго-восток (вдоль моря).
Для отображения результатов сейсмического мониторинга (по утвержденному регламенту) подготавливается стандартный файл в виде карты-схемы полигона (месячный, квартальный, годовой) с отображением на ней: - географических объектов (основные города, реки, транспортные магистрали, береговая линия) и сетки географических координат; - основных разломов (в том числе и на акватории) и границ региональных структурных элементов по геологическим данным; - пунктов режимных наблюдений и их номеров; - эпицентров сильных землетрясений за инструментальный период (М 5,5); - эпицентров местных землетрясений, зарегистрированных за отчетный период (за месяц, квартал, год); Установочные параметры в частотном диапазоне и алгоритм работы регистраторов РСС «Дельта - ГЕОН» выбирались в зависимости от вышеперечисленных и ряда других факторов.
Реакция гидрогеосферы на геодинамическую активизацию, вызванную землетрясением 05.10.2007 г
Исторические сведения. Следует отметить что, Нижнекубанское землетрясение 9 ноября 2002 г. произошло в очаговой области семибалльного исторического землетрясения 9 октября 1879 г. (на рис.3.1. отмечено синей окружностью). Его магнитуда составила М=5.7 [99]. Землетрясение 1879 г. ощущалось на всей территории Нижнекубанской области, вплоть до Крыма. Положение эпицентров землетрясений показано на карте (рис. 3.1) совместно с известными в этом районе очагами за период с древнейших времен по настоящее время.
Совместно с сотрудниками ОИФЗ РАН (г. Москва) и ГНЦ «Южморгео-логия» автором проведены полевые работы по микросейсмическому районированию и геодезической рекогносцировке района землетрясения в пределах 200 км от эпицентра. Обследовано 62 населённых пункта. По результатам проведенных работ уточнено положение эпицентра на расстоянии 10-15 км к северо-западу от г. Крымска (на рис.3.1 отмечен синим кружком). Макросейсмический эффект на поверхности, выражаемый в баллах 12 балльной шкалы, для данного землетрясения составил в эпицентре 6 баллов.
Есть целый ряд причин, по которым детальное исследование этого землетрясения представляет значительный интерес, несмотря на то, что его нельзя отнести к числу крупных сейсмических событий ни по магнитуде, ни по своим разрушительным последствиям. Даже для сильнейшего землетрясения инструментального периода (12 июля 1966), когда, казалось бы, гарантирована высокая точность определения параметров события, расхождения в определении положения эпицентра по различным типам данных и по различным источникам составляет порядка 40 км. Причем это расхождение до сих пор не согласовано: достаточно сравнить параметры этого землетрясения, например, в публикациях [2; 100; 101]. Еще более существенны различия в оценках глубины очага землетрясения 1966 г.: глубина гипоцентра варьирует от 2 км до 46 км, по данным мировых сейсмологических агентств (ISC и NEIC) и равна 55 км в [101]. Причем в последнем каталоге, кроме основного решения, приводится еще и вариант решения, где глубина определена в 20 км. Само по себе наличие двух вариантов интерпретации - исключительный случай в каталоге [101], особенно для современного инструментального периода, что говорит о неуверенности решения.
Расхождение по глубине носит принципиальный характер, поскольку ставит вопрос о наличии подкоровой сейсмичности в этом районе. Современное ощутимое землетрясение дает шанс оценить глубину сейсмогенерирую-щих структур района по макросейсмическому проявлению события и, тем самым, прояснить ситуацию и с сильнейшим землетрясением 1966 года и, возможно, с более ранними событиями. Другая причина повышенного интереса к событию 9 ноября 2002 г. связана с его географической и геологической позицией. Очаг землетрясения располагается на западном крае Большого Кавказа, в месте его сочленения со Скифской плитой. Зоны контрастных переходов крупнейших элементов рельефа имеют, как правило, сложное тектоническое строение, с характерными поперечными нарушениями. В районе иссле дуемого землетрясения поперечные структуры выявлены по ряду геологических и геофизических признаков, в том числе и по дешифрированию космос-нимков [100; 101]. Поперечные структуры в этом месте выявляются и по сейсмологическим данным [102; 103; 104]. Вместе с тем, они не являются общепризнанными. Например, в схеме, описывающей тектонику Кавказа с позиций коллизии Аравийской плиты и Русской платформы [105; 106], поперечные структуры не выделяются.
На врезке рис. 3.2. показан механизм очага по знакам первых вступлений, приведенный в отчете ГС РАН [107]. Качество решения достаточно высокое: в определении участвовало 90 знаков с равномерным в целом азимутальным распределением знаков (кроме третьего квадранта). Направление простирания одной из двух возможных плоскостей разрыва в очаге совпадает с северовосточной вытянутостью изосейст. Эта плоскость падает на запад под углом 51; тип движения - взбросо-сдвиг. Северо-восточное направление ярко выражено также в рельефе (рис. 3.3.): это, так называемое, антикавказское простирание.
Согласно интерпретации, данной в работе [103], эпицентр Анапского землетрясения 1966 года лежит в 10 км к юго-западу от Нижнекубанского ; оба события приурочены к одной и той же поперечной очаговой зоне. Сходство этих событий проявляется и в ориентации изосейст. Как уже отмечалось во введении, есть два принципиально разных решения параметров Анапского землетрясения; в [101] дан даже специальный комментарий - "наблюдается противоречие между макросейсмическими и инструментальными данными". Мы уже обратили внимание на то, что для событий с умеренными магнитудами (напомним, что Ms Анапского землетрясения 1966 года равно 5.3) при хорошей точности определения, параметры землетрясения по макросейсмическим и инструментальным данным практически совпадают.
Во время нашего обследования удалось обнаружить подтверждение справедливости интерпретации Н.В. Шебалина, данной в 1974 году. Во всех населенных пунктах, в которых удавалось побеседовать с людьми, пережившими также и Анапское землетрясение 1966 года, все единодушно утверждают, что то со 116
Карта изосейст Нижнекубанского землетрясения 9 ноября 2002 г.- дальняя зона (пунктиром показаны неуверенно проведенные участки) бытие ощущалось сильнее. Это подтверждает, что оба очага располагались приблизительно в одном и том же месте. В противном случае какие-то населенные пункты при событии 2002 года оказались бы значительно ближе к эпицентру, чем в 1966 года, и сотрясения в них сейчас ощущались бы сильнее, чем 36 лет назад, а такого не отмечено нигде. Если сопоставить радиусы старших изо-сейст (7-балльной в 1966 г. и 6-балльной в 2002 г.) с магнитудами этих событий (5.3 и 4.5 соответственно), то легко убедиться, что глубины очагов должны практически совпадать.
