Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современные представления о мгнитном предвестнике землетрясений 8
1.1. Физико-механические основы геомагнитных предвестников 8
1.2. Отношение магнитных и упругих свойств ферромагнитных тел как основа образования магнитоупругого эффекта горных пород 13
1.3. Теоретическая оценка ожидаемых величин тектояомагнитного эффекта 16
1.4. Изменение локального геомагнитного поля, как возможный предвестник землетрясения 18
ГЛАВА 2. Аппаратура и методика исследований 25
2.1. Аппаратура и методика лабораторных исследований 25
2.2. Аппаратура и методика полевых исследований 32
2.3. Числовые характеристики измеряемых величин при лабораторном эксперименте 36
2.4. Оценка ошибки измерений модуля полного вектора геомагнитного поля в условиях сложнорасчлененного рельефа местности 39
ГЛАВА 3. Изучение магнитных сюйств горшх пород при сложных механических напряжениях 49
3.1. Необходимость лабораторного эксперимента 49
3.2. Результаты изучения магнитных свойств образцов горных пород исследуемых районов 51
3.3. Упругомеханические параметры базальтов при изгибе 58
3.4. Результаты изучения магнитоупругого эффекта при изгибе массивных образцов базальтов 62
3.5. Обсуждение результатов 71
ГЛАВА 4. Изучение сейсмотектономагшшого эффекта при взрывах и при заполнении водохранилища на реке азат 76
4.1. Геологическая ситуация места взрывов, полигона водохранилища на реке Азат и расположение пунктов измерений 76
4.2. Результаты регистрации сейсмомагнитного эффекта 79
4.3. Интерпретация результатов регистрации сейсмомагнитного эффекта 88
4.4. Важность изучения геофизических явлений при заполнении больших водоемов 91
4.5. Возможные изменения механических напряжений в земной коре при заполнении больших водоемов 94
4.6. Результаты изучения локальных изменений ГМП на полигоне водохранилища "Азат" 99
4.7. Обсуждение полученных результатов на полигоне водохранилища "Азат" 109
ГЛАВА 5. Обнаруженные локальные аномалии вариаций гмп на профилях территории армении 112
5.1. Аномальное геомагнитное поле и краткое геолого-тектоническое описание профилей 112
5.2. Обнаруженные локальные аномалии вариаций ГМП на профилях 118
5.3. Дополнительная геофизическая информация 131
5.4. Обсуждение полученных результатов 135
Заключение 147
Литература 154
- Отношение магнитных и упругих свойств ферромагнитных тел как основа образования магнитоупругого эффекта горных пород
- Оценка ошибки измерений модуля полного вектора геомагнитного поля в условиях сложнорасчлененного рельефа местности
- Результаты изучения магнитоупругого эффекта при изгибе массивных образцов базальтов
- Возможные изменения механических напряжений в земной коре при заполнении больших водоемов
Введение к работе
Более сорока лет ведутся исследования аномалий вековой вариации - локальных изменений геомагнитного поля, которые связываются с изменениями магнитных свойств горных пород (остаточной и индуктивной намагниченности) под действием определенных физико-химических процессов, В районах современной тектонической активности их обычно связывают с изменением упругих напряжений в магнитоактивной оболочке Земли.
В последние годы в связи с проведением работ по прогнозу землетрясений большое внимание уделяется изучению локальных изменений геомагнитного поля. Работы ведутся на Уральском (Шапиро В.А.), на Казахском (Пудовкин И.М., Таничев А.А.), Закарпатском Кузнецова В.Г.), Гармском (Сковородкин Ю.П.) и на других полигонах. При выполнении этих исследований предполагается, что локальные изменения геомагнитного поля могут быть обусловлены следующими факторами:
1. Изменениями температуры в земной коре - нагрев-охлаждение горных пород.
2. Химическими превращениями в ферромагнитных минералах горных пород.
3. Изменением упругих напряжений в горных породах.
4. Наличием индукционных эффектов за счет неоднородности проводимости горных пород.
Изменения восприимчивости и остаточной намагниченности горных пород под действием упругих напряжений и температуры (Сковородкин Ю.П., Лебедев Т.О. и др.) изучены достаточно подробно. Изменения магнитного поля, обусловленные химическими реакциями (окислительно-восстановительные процессы), также изучаются в лабораторных условиях (Кузьмина О.А.). Химической реакцией Сковородкин Ю.П. объяснил одну из локальных аномалий (Сковородкин Ю.П. и др.). Изменению электрических свойств горных пород под действием упругих напряжений также посвящено немало работ (Барсуков О.М. и др.).
Результаты вышеуказанных работ показывают, что локальные изменения геомагнитного поля в интервале времени порядка года в основном можно объяснить изменением упругих напряжений. Отметим, что время формирования очага землетрясений оценивается от нескольких месяцев до нескольких лет.
С 1973 г. в Армении под руководством Акопяна Ц.Г., Пушкова А.Н. начались исследования локальных изменений геомагнитного поля одновременно с лабораторными исследованиями изменений магнитных свойств горных пород под действием упругих напряжений.
Работа посвящена изучению вопросов природы тектономагнетизма с целью обнаружения геомагнитных предвестников на территории Армении. Обобщены результаты восьмилетних исследований магнитоупругого эффекта в лабораторных и натурных условиях.
Исследования по этой теме выполнялись в трех основных направлениях:
1. Изучение естественной остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости образцов горных пород из района Азатского водохранилища и Гегамского хребта под действием давлений. Так как эксперименты, выполненные на образцах маленьких размеров (всего 2-4 см), позволяют изучать только интегральные эффекты и не позволяют учитывать неоднородность распределения магнитных свойств и действующих напряжений, сделана попытка исследовать на больших (50-60 см) образцах возможность сопоставления распределения изменений намагниченности от распределения упругих напряжений при изгибе.
2. Изучение локальных изменений геомагнитного поля под действием искусственных нагрузок в естественных условиях (натурное моделирование). Эти эксперименты являются необходимым, переходным этапом от лабораторных исследований к интерпретации наблюдаемых изменений поля в сейсмоактивных областях. Натурное моделирование осуществлялось с помощью взрывов, а также при заполнении водохранилища. В первом случае нам известно время возникновения и действия упругих напряжений и можно оценить их величину. Однако эффект воздействия слишком кратковременный.
Во втором случае, изменение упругих напряжений занимает более продолжительное время - порядка нескольких месяцев.
3. Изучение локальных изменений геомагнитного поля на профилях, пересекающих глубинные разломы в южном Зангезуре и центральной части Армении. Эти работы были начаты после Зангезурского землетрясения и были завершены в настоящее время.
Проблема прогноза землетрясений является важной народнохозяйственной задачей, решение которой позволит предотвратить гибель людей, уменьшить потери от разрушения жилых и общественных сооружений. Интерес к разработке проблемы особенно сильно возрос в последние годы, когда с появлением прецизионной геофизической аппаратуры появилась возможность регистрации предполагаемых геофизических предвестников. С каждым годом проблема прогноза приобретает все большую актуальность в связи с развитием народного хозяйства в сейсмоактивных районах страны. А эти районы составляют значительную часть юга территории Советского Союза. С другой стороны, по мере развития промышленности развивается водное хозяйство, создаются большие водоемы для гидростанции, орошения земель, рыбного хозяйства и других целей. Инженерная деятельность человека приводит к нарушению естественных условий окружающей среды, в результате чего появилось новое понятие - возбужденная сейсмичность, которая оказалась не менее опасным явлением. Наполнение водоемов представляют собою грандиозный натурный эксперимент, не использовать который для изучения самого явления было бы совершенно непростительным. Использование таких моментов позволит значительно глубже понять природу подготовки очага землетрясений и изучить возможность регистрирования предвестников (в частности магнитных) землетрясений, которые чаще всего маскируются экзогенными факторами. Но несмотря на интенсивное развитие науки и появление новой направленности в геофизике (тектономагнетизма) проблема прогноза еше очень далека от решения.
Изучение в натурных и лабораторных условиях магнитного предвестника на основании явлений тектономагнетизма даст нам возможность в дальнейшем выявить его природу и зарегистрировать в виде локальных изменений геомагнитного поля.
Автор выражает свою искреннюю благодарность своим покойным руководителям доктору физ.-мат.наук Пушкову А.Н. и доктору ге-ол.-мин.наук Акопяну Ц.Г., а также завлабораторией по изучению физичесних свойств горных пород ИГИС АН Арм.ССР, канд.геол.-мин.наук Минасян Дж.О., старшему научному сотруднику Института геофизики АН Укр.ССР Завойской Н.И., старшему научному сотруднику Института прикладных проблем механики и математики АН Укр. ССР Кузнецовой В.Г., старшему научному сотруднику ИФЗ АН СССР Безуглой Л.С, старшему научному сотруднику ИЗМИРАН СССР Риви-ну Ю.Р., коллективу лаборатории по изучению физических свойств горных пород ИГИС АН Арм.ССР.
Отношение магнитных и упругих свойств ферромагнитных тел как основа образования магнитоупругого эффекта горных пород
Одной из основных задач современной геофизики является выяснение причин, а также объяснение механизма очага тектонического землетрясения, что может служить фундаментом для предсказания силы, места и времени их возникновения. Но пока остается открытым вопрос сущности физико-механических процессов, происходящих в этой области перед землетрясением. Для решения этой задачи возникла необходимость в очаговых зонах на специальных полигонах вести комплексные геофизические исследования, изучая сейсмический режим, тектонику и характер изменений геофизических полей (Шапиро В.А., Сковородкин Ю.П., Кузнецова В.Г., Пудовкин И.М., Брейнер С. и др.). Параллельно с этими работами развивалась теория очага землетрясения (Кнолов Л., Костров Б.В., Мячкин В.И., Кейлис-Борок В.И. и др.)і элементы которой отражались еще с 1906 г. в работах Рейда Г.Ф.
В результате этих исследований возникали разные модели очага тектонического землетрясения. Особенно последние годы ознаменовались развитием нескольких моделей, основанных на различных исходных физических предпосылках, как например, модель лавинно-неустойчивого трещинообразования (ЛНТ), упруго-пластическая модель, дилатансионно-диффузионная, дилагансионная и др. [13,24,53,57,72].
Согласно теории ЛНТ с ростом напряжений возрастает общая степень трещиноватости. При достижении критической трещинова-тости происходит резкое ослабление материалов.
Упруго-пластическая модель поведения горной породы в связи с проблемой коровых землетрясений предусматривает конечность напряжения и деформации у края трещины. Они медленно накапливаются, а при разрыве происходит упругая разгрузка.
Наибольшую известность в последнее время получили две модели очага землетрясений, выдвинутые американскими и советскими сейсмологами [49], В соответствии с американской моделью землетрясение происходит при напряжениях, близких к максимальным, после дилатанейониого распространения трещин. При этом роль спускового механизма играет вода, поступившая в микротрещины путем диффузии. Появление воды скачкообразно снижает модуль сдвига горной породы, происходит сброс напряжений в виде землетрясения.
Советская модель предполагает, что землетрясение сопровождается дилатансией (раскрытием пор) и происходит при падающем напряжении без участия воды. Бен-Менахем А., Стьюарт В.Д., Смит СВ. и др. объясняют задачу разрыва в разных геометрических формах. Однако для конкретной неоднородной среды каждое перемещение и распределение любого вида физических полей не будет однородным. Общим для всех этих работ, как отмечает Костров Б.В. [5] , является то, что закон распределения скачка смещения на поверхности разрыва задается произвольно.
Существует и динамическое представление разрыва. Касахара К. в 1957 г. сделал первую попытку рассмотреть подобную задачу для простейшего случая длинного вертикального разлома. Попытка была неудачной, так как он принимал на разломе напряжения неизменными и смещения непрерывными [50,51]. К этой теории относятся работы йида К. и Аки К., Кнопова Л., КеЙлис-Борока В.И. и др. [6,7,45,46]. Ороуэн Е. предлагает идею механизма землетрясений, при котором существенную роль играет ползучесть. По этой модели ползучесть может возникнуть за счет вязкого скольжения на границах зерен горных пород.
Первое ясное истолкование механизма возникновения землетрясения дает теория упругой отдачи, для которой фундаментом служит теория Рейда [93] . Теория основывается на следующем. В процессе развития нашей планеты происходят вертикальные и горизонтальные перемещения ее участков. В результате в земной норе возникают и накапливаются упругие и пластические деформации. Когда концентрация напряжений, создающих эти деформации, достигнет определенного предела, совершается сдвиг, разрушение пород и выделение механической (упругой) энергии, что и реализуется как землетрясение.
Исходя из этих соображений Рейд Г.Ф. дал свои пять известных постулатов: 1. Разрыв горных пород, вызывающий тектоноческое землетрясение, наступает в результате накопления упругих деформаций выше предела, который может выдержать горная порода. 2. Относительные перемещения блоков происходят не внезапно, в момент разрыва, а нарастают в течение более или менее длительного периода времени. 3. Движение в момент землетрясения состоит из упругой отдачи - резкого смещения сторон разрыва в положение, в котором отсутствуют упругие деформации. Это движение заметно только до расстояний в несколько миль от разрыва. 4. Сейсмические волны возникают на поверхности разрыва, от которой постепенно расходятся. Скорость их распространения не превосходит скорости распространения продольных и поперечных волн в горной породе. 5. Освобожденная энергия во время землетрясения является энергией упругой деформации горных пород. Если справедлива теория упругой отдачи, то перед землетрясением в очаговой области накапливаются упругие деформации значительной величины. Следуя теории Рейда, само землетрясение можно связать с резкими спадами напряжений при смещениях по разлому. Такие спады, вероятно, не снимают напряжения в очаге полностью. Об этом свидетельствуют афтершоки после главного толчка. Другими словами, напряжения, освободившиеся во время землетрясения, составляют лишь некоторую долю напряжений в области очага, то есть энергия в очаге высвобождается скачкообразно, неравномерно. Модель очага разрыва, выдвинутая Рейдом, впервые была развита Беньофом Г. в 1951 году. В дальнейшем эту теорию развивал Буллен К.Е. [57] . Теория Рейда удовлетворительно описывает накопление и выделение упругой энергии в породах, возникновение сейсмических воля в земной коре. Однако она не могла объяснить разнообразные электромагнитные явления перед землетрясением и процесс формиро -вания его очага. Лабораторные исследования физико-механических свойств горных пород дали возможность объяснить и эти явления.
Оценка ошибки измерений модуля полного вектора геомагнитного поля в условиях сложнорасчлененного рельефа местности
Локальные изменения геомагнитного поля в сейсмоактивных районах называют тектономагяитным или сейсмомагнитным эффектом, предполагая, что он вызван либо изменением режима действующих напряжений, либо накоплением напряжений при подготовке отдельных землетрясений [3,4]. Если это так, то такие изменения ГМП могут рассматриваться кан предвестник землетрясения. Не исключен тот факт, что помимо указанных выше причин, видимо, существуют еще разного рода причины, не имеющие отношения к землетрясениям.
Результаты многолетних наблюдений на Уральском, Закарпатском, Гармском и др. полигонах говорят в пользу связи механических напряжений - локальные изменения ТШ [8,36,60,70]. Об активных перемещениях отдельных блоков на территории Карпатской складчатости свидетельствует последнее сильное землетрясение (1977 г., на терриїории Румынии). Закарпатский полигон один из лучших полигонов в СССР, где изучение ведется комплексно. На полигоне, где ведется гравитационная съемка, изучается сейсмичность и тепловой поток, установлено, что наблюдаемые аномалии геомагнитного поля отражают зоны современной тектонической активизации земной коры и связаны с изменением упругих напряжений на глубинах, не превышающих первые десятки километров [104].
Чаще всего локальные аномалии интерпретируются как следствие тектонического режима, связанные с сейсмической активностью данного региона. Об этом свидетельствуют много работ, в которых отмечается прямая связь между аномалиями вековых вариаций и тектоническими нарушениями. Например, на Таджикском и Узбекском полигонах [82,98,101], которые расширились в последние годы, полученные аномалии объясняются в органической связи с перемещением отдельных блоков. На старых и новых полигонах (полигоны Оби-Хингоуский, Хозрети-Полима, Сай-Руноу, Гармский, Нимичес-кий и др.) обнаружен ряд вертикальных движений порядка 10-II мм/год. На Таджикском полигоне с вертикальными движениями одновременно изучаются и горизонтальные перемещения, которые составляют до 2,5 мм/год. Такой тектонически активный район, как Гармский, естественно выделяется аномальными изменениями геомагнитного поля [73,971 Работы Головкова В.П. и Сковородки-на Ю.П. на Гармском полигоне показывают четкую связь между изменениями геомагнитного поля и механическими напряжениями, где доказывается, что каждое дополнительное давление в 10 кг/см2 на глубине в 20 км может на поверхности создать аномалию до I нТл.
Подобные работы ведутся и на Казахском полигоне [86,87,88], который в основном располагается между озерами Иссык-Куль и Балхаш. Сюда входит Алма-Атинский геофизический полигон, который расположен в северной предгорной зоне хр.Заилийского Алатау в пределах Алма-Атинского сейсмоактивного района с длиной около 200 км и шириной 100 км. В пределах полигона ведутся геофизические, геологические и геохимические наблюдения. По изучению изменений геофизических полей во времени ведутся магнитные наблюдения, гравиметрические наблюдения, изучение электропроводности, изучение очаговых зон методом ГСЗ.
На территории юго-восточного Казахстана ЛО ИЗМИРАН проводил изучение аномалии вековых вариаций (Пудовкин И.М., Поляков А.В., Гразновская Ф.В. и др.)[41]. По мнению авторов этих работ полученные результаты, а также совокупность опубликованных материалов убеждают, что отсутствие достаточных экспериментальных данных не позволяет с большой достоверностью говорить о существовании связи между вековым ходом ГМП и сейсмическими явлениями. Видимо, и на Казахском полигоне важную роль в деле маскировки полезного сигнала играет недостаточная точность измерений. Например, на Тальгарском участке она составляет 3,5 нТл, а на Алгабаском - ±2,5 нТл.
Интересный факт получен на полигоне южного Тянь-Шаня (Акишев Т.А., Почтарев В.И., Пудовкин И.М.) [8J. Оказалось, что характер появления сейсмомагнитного эффекта зависит от расположения регистратора вариаций у границ блока. Если регистратор помещен вблизи южной границы субширотного блока земной коры, то эффект получается в виде отрицательной бухты вариации сП" . Если же регистратор находится вблизи северной границы блока, то проявление эффекта надо искать в разных прямоугольных компонентах варьирующего поля. На полигоне магнитная съемка показала, что наблюдается возникновение новых областей пониженных и повышенных значений ГМП, которые носят не только пространственный характер, но и временной. По мнению авторов, это, по-видимому, обусловлено тем, что землетрясения приводят к перераспределению упругих напряжений в сейсмоактивной зоне, а последние, в свою очередь, способствуют изменению намагниченности пород деформируемой среды.
Геомагнитные предвестники землетрясений уже обнаружены многими исследователями [4,10,19,65,74,94,103]. Было сделано предсказание землетрясений с помощью магнитного предвестника и даже были указаны час, место и сила появления сейсмических событий. [117]. Были и случаи, когда до и после землетрясений непрерывно работающая аппаратура не зарегистрировала изменение в геомагнитном поле (Шапиро В.А., Абдуллабеков К.Н. и др.)[120]. Последяий пример не отрицает возможность регистрации геомагнитных предвестников. Такие случаи заставляют думать о сложном характере возникновений и появлений в пространственно-временной структуре геомагнитного предвестника.
Таким образом, все эти исследования указывают на прямую связь между геофизическими полями (в первую очередь, магнитным полем) и землетрясениями.
Подобные работы ведутся за рубежом [30,95,113,115], в которых явно видна возможность прогноза землетрясений с помощью непрерывных наблюдений характера геофизических полей. Анализируя эти результаты, можно выделить более перспективные геофизические методы прогноза. Почти все авторы этих работ пришли к выводу, что самым перспективным и более результативным методом из косвенных методов, по-видимому, можно считать магнитный метод прогноза. Например, вычисления, произведенные для Сан-Франциско в связи с подвижками по разлому Сан-Андреас [29], показывают, что магнитоупругий эффект перед землетрясением может достичь вполне измеримых значений. Как отмечает Стейси Ф.Д., эти расчеты подтверждаются прямыми наблюдениями, произведенными японским ученым Като У. в Тахоку [108].
Результаты изучения магнитоупругого эффекта при изгибе массивных образцов базальтов
Имея значение ATi(t) первой эпохи и значение дТа(і) еле дующей эпохи получаем разность: которая представляет собой годовой ход ГМП, в первом приближении связанный с внутренними источниками в данной точке. При этом предполагается, что вариации поля внешнего источника ГМП одинаковы на рядовом и опорном пунктах.
Существует и другой подход для регистрации изменений ГМП. Сущность его заключается в расстановке на исследуемой территории некоторого количества регистрирующей аппаратуры и проведении непрерывной регистрации. В силу ограниченного количества приборов и неопределенности места, где должны накапливаться напряжения, предшествующие землетрясению (нас интересуют локальные изменения ГМП, связанные с накоплением механических напряжений в земной коре), этот метод не дает гарантии успеха и примером тому являются исследования Ш.Брайнера на разломе Сан-Андреас [27,28]
При выполнении настоящей работы были использованы обе методики и локальное, годовое изменение вычислялось с помощью формул (2.2.3) и (2.2.5). Закладка реперов производилась исходя из еложнорасчпененного рельефа местности, густой сети разломов и больших градиентов ГМП над базальтовыми покровами. С этой целью пункты закреплены так, чтобы при повторных наблюдениях изменения первичных координат датчика не превышали ±0,5 см. Для измерения полного вектора ( Т ) ГМП на пунктах применен протонный магнитометр типа РМР-2А производства Польской Народной Республики. Его технические характеристики: чувствительность 0,5-1,5 нТл, диапазон измерений от 44000 нТл до 53500 нТл, абсолютная точность ±1 нТл.
Измерения производились на двух высотах от земной поверхности (0,8 и 1,6 м, на каждой высоте по шесть замеров), что дает возможность судить об изменениях вертикального градиента, уточнить полученный годовой ход ГМП и позволяет оценить глубину залегания магнитовозмущающего тела.
Регистрация изменения полного вектора ГМП при взрывах производилась с помощью квантовых магнитометров типа БТМ и протонных магнитометров типа РМР-2А. Первый магнитометр БТМ специально был сделан быстродействующим (скоростная серия) со следующими параметрами: скорость лентопротяжной системы была равна 2200 мм/час, скорость регистрации значений полного вектора геомагнитного поля 3 измерений/с , ошибка единичного измерения +1 нТл. Вторая серия БТМ имела следующие параметры: скорость лентопротяжной системы 720 мм/час, скорость регистрации I изм/с, ошибка единичного измерения ±1 нТл. Первый магнитометр использовался с целью увеличения временного масштаба. Во время опытов проведено 263 взрыва, разбитых на II серий, каждая серия состояла из 16-28 взрывов. Каждый шпур был заряжен от 0,7-2,5 кг взрывного вещества (ВВ) типа "амонит скальный" марки бЖВ.
Взрывы проводились в следующем порядке. Во время всех взрывов датчики магнитометров были установлены в фиксированном месте и после взрыва не перемещались. Примерно за один час до взрыва проводились подготовка и проверка стабильной работы приборов. Так как температура окружающей среды оставалась от 5 до б градусов Цельсия, то всякие дрейфы в цепях приборов были практически исключены. Не более чем за 5 минут до взрыва вся буровая техника вывозилась из тоннеля и выключалась сеть литания, кроме питания магнитометров. Этим были исключены всякие промышленные помехи перед и во время взрывов.
Датчики были установлены следующим образом: один из них (быстрая серия) установлен на специальном постаменте, который сделан так, чтобы исключить колебания и избежать механических ударов. Нижняя часть постамента представляет собой 20-ти сантиметровый бетонный слой, на котором положен 15-сантиметровый слой ваты: на подушке установлен датчик, который сверху покрыт такой же подушкой. Второй датчик был установлен у ближайшей стенки и находился ближе к источнику взрыва на три метра, чем первый. Датчик на резиновых гибких пластинках подвешивали в центре треноги, которая была укреплена на земле. До начала опыта и во время него всегда проводилась проверка датчиков по отношению к механическим ударам, а до этого эксперимента проводи -36 лось испытание датчиков на вибрационной платформе. Платформа была сделана из латунных листов толщиной 8 мм, которые были соединены друг с другом с помощью медных пружин. Колебания как вертикальные, так и горизонтальные не оказывали существенного влияния на показания магнитометров. Смещение в наиболее градиентном поле 25 нТл/м составило 1-6 см.
При изучении магнитных характеристик горных пород в условиях давлений во время эксперимента получается ряд величия, отражающих функциональную связь дЭ=/(дР] или дае=//дР). При повторе эксперимента всегда можно получить дЗ, » Д 2 ... дЗл или ДЭ8 , ДЭР2... дЭ6л значений и др , д/ ... Д Рп значений для давления, и таким образом оценить дС/Ср = (дР]. Для опенки распределения значений дЗ(Р/ можно использовать положения теории вероятностей [31]. Согласно теории любое распределение случайных величин можно характеризовать с помощью числовых характеристик, как математическое ожидание, моменты, дисперсия и т.д. На конкретном примере проведем оценку для обратимых изменений остаточной намагниченности. При значении давления Р = 800 кГ/см2 мы получим изменение остаточной намагниченности дХ = 35 нТл. При повторе опыта получим другую пару этих величия Pj = 800,5 кГ/см2 и дЗо, = = 35,8 нТл. В результате неоднократных повторений были получены следующие пары изменения давлений и остаточной намагниченности (табл. 2.2).
Возможные изменения механических напряжений в земной коре при заполнении больших водоемов
Ошибку можно вычислить и по формуле теории вероятностей где дТ можно считать как стандартную ошибку или дисперсию. Ошибки абсолютных измерений, вычисленные по формуле, находятся в пределах ±0,5 нТл - 0,8 нТл. Случайные ошибки, возникающие вследствие неточной ориентации датчика, разности режимов работы магнитометра, могут достигнуть ±0,3 - 1,0 нТл. Надо отметить, что сверка приборов показывает небольшое расхождение, не превышающее ±0,2 - 0,5 нТл.
Как отмечается в работе [94] , локальные изменения ГМП, которые связаны с накоплением упругих напряжений в земной коре не могут превышать 10-20 яТл при Зл « Ю""5СГСМ. Измерить эту величину с помощью высокоточных протонных магнитометров не представляет трудности, если прецизионный датчик магнитометра находится в однородном, нормальном поле (градиент поля составляет 0-20 нТл/м). В условиях сложнорасчлененного рельефа с большими градиентами поля, когда градиент поля иногда достигает 70-100 нТл/м,обнаружение изменений ГМП в пределах вышеуказанных величин (10-20 нТл) усложняется, во-первых, за счет изменений координат ориентации датчика. В таких случаях можно допускать ошибки, пропорциональные градиенту поля, которые могут составлять даже 10-20 нТл. Здесь возникает необходимость измерений на разных высотах от земной поверхности, которые дают возможность более достоверно интерпретировать полученные данные и более достоверно определить ошибки, связанные с неправильной ориентацией датчика.
Чтобы во время полевых работ сохранить первичные координаты ориентации датчика, нами применена специальная методика закрепления пунктов измерений. Пункты измерений сделаны с отверстием, где устанавливается штекер держателя датчика. Таким образом, погрешности за счет изменений координат ориентации датчика на пункте измерений с большими градиентами доведены до минимума и составляют ±1 нТл.
В литературе уже отмечен второй немаловажный фактор для точного вычисления погрешностей при измерениях (Рикитаки Т., 1979). Оказалось, что вариация ГМП для разных геологических структур создает разные индукционные эффекты. Если на полигоне измерений существуют разные геологические структуры, с магнитными восприимчивостями, соответственно 3S, , 9? , ..., Э?л , то во время вариации S1 мы будем получать разные величины вариации ГМП, для данного момента времени соответственно SI ,$T&f .,., (Пп . Они возникают за счет того, что меняется индуктивная составляющая ( Зі ) естественной остаточной намагниченности ( Зл) и в поле входит A3L = эе 5Т составляющая. Так как на профиле с.Гегард-оз.Севая в основном простираются базальтовые покровы с большими значениями магнитной восприимчивости и остаточной намагниченности (порядка IO -IO СГС), то вышеуказанный фактор здесь нельзя не учитывать. Чтобы оценить ошибки, возникающие за счет разности 36 и за счет градиентности поля, измерения проводились в следующем порядке. На каждом пункте проводилось шесть измерений на высоте 0,80 м от поверхности земли, затем шесть измерений на высоте 1,6 м. Эта процедура повторяется пять раз. Одновременно на опорном пункте работал аналогичный прибор. Ошибка синхронности измерений между текущим и опорным пунктами составляет ±10 сек. Отметим, что за это время на территории полигона вариации ГМП не превышает +0,5 нТл. Имея значения полного вектора ГМП на двух уровнях от поверхности земли составляем графики изменений ГМП и сопоставим с графиком изменений вектора ГМП на опорном пункте. Для каждой кривой проводим осреднение и построим среднюю линию. Отклонения от средней линии в данный момент времени между любым рядовым пунктом и опорным пунктом по амплитуде должны соответствовать, если вариация одинакова на всей территории полигона. Но как видно из графиков, такое соответствие не всегда можно наблюдать {рис.рис.2.7 и 2.8). Большие отклонения особенно заметны на пунктах с большими градиентами -пункты №№ 24,25,35,34,33,29 на профиле с.Гегард, оз.Севан и пунктами №№ 9,12,19 на профиле с.Багарло-с.Аджибаджи. Как видно на графике при вариации ГМП возникающие ошибки "локальных ложных аномалий" могут достигать 3-5 нТл. Эту величину надо считать как систематическую ошибку, характерную для данной точки. На других пунктах такие отклонения в основном отсутствуют и вариации ГМП согласуются с вариациями на опорном пункте, например для пункта Ш 36 (рис.2.9).
Если не наблюдается разница между средним отклонением на текущем и на опорном пунктах, то ошибка за разность вариации равняется нулю. Если представим средние отклонения на оси координат так, чтобы на оси абсцисс откладывались средние отклонения о Топ на опорном пункте, а на оси ординат средние отклонения $Тр на рядовом пункте, для данного момента времени, то каждая точка с координатами (($Ton, STP ) должна находиться на прямой, пересекающей систему координат под углом 45(как это сделано в рис.2.10). В противном случае получается разброс точек на плоскости STo , 0,оТР . Расстояние местонахождения точек от прямой выражает погрешность измерений или дисперсию за счет вариации и за гра диен тность.
