Оперативные электромагнитные предвестники землетрясений

курсовая работа

1.1 Источники электромагнитного излучения

В атмосфере регистрируется электромагнитное излучение (ЭМИ) от искусственных и естественных источников в широком частотном диапазоне. К источникам искусственного происхождения относятся промышленные объекты и радиотехнические средства коммуникаций, к источникам естественного происхождения - грозовая деятельность, процессы в атмосфере и ионосфере, вызванные действием различных внешних факторов. Поэтому изучение вариаций ЭМИ в связи с сейсмическими событиями должно предшествовать исследование морфологических особенностей излучения от естественных и искусственных источников в пунктах наблюдения.

1.2 Связь естественного импульсного электромагнитного излучения и глобальной сейсмической активности по наблюдениям вдали от локальных источников возмущения

В последнее время актуальными являются исследования физических процессов, сопровождающих подготовку землетрясений на различных фазах, и разработка методов и средств прогноза. Проведены экспериментальные и теоретические работы, значительно продвинувшие решение этой проблемы. Также обнаружены предвестники электромагнитной природы.

Процесс подготовки землетрясения на заключительной его стадии сопровождаются световыми явлениями, возмущениями атмосферного электрического потенциала и электротеллурического поля, а также аномалиями естественного импульсного электромагнитного излучения (ЕИЭМИ) в широком диапазоне частот.

Достаточно сильным источником фоновых вариаций импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ) являются промышленные установки и средства связи, которые, как правило, тесно привязаны к периодам производственной активности (рабочая смена, рабочая неделя).

Аномалии ЕИЭМИ, связанные с сейсмической активностью, обычно проявляются за несколько недель - несколько часов до события, как правило, в виде увеличения интенсивности регистрируемого сигнала в 1,5 - 4 раза в широком диапазоне частот ~ 5 - 150 кГц, в том числе за пределами максимальной амплитуды атмосфериков 7 - 12 кГц [3, 4, 5]. Землетрясение начинается либо на спаде (более сильные землетрясения), либо после окончания аномального увеличения ЕИЭМИ (более слабые землетрясения). Аномальное увеличение ЕИЭМИ начинается тем раньше, чем больше магнитуда предстоящего землетрясения. Как измерения ЕИЭМИ, так и других параметров проводились на расстояниях десятки - сотни км от гипоцентра землетрясения, т.е. в пределах области, которую определяют как область проявления предвестников землетрясения. Ее радиус составляет

, (3)

где М - магнитуда землетрясения [6], что примерно в 30 раз больше, чем размер самого очага землетрясения, определяемый по наличию поверхностных деформаций.

Отмечается, что аномалии ЕИЭМИ более отчетливы при регистрации числа импульсов, чем для огибающей интенсивности сигнала. Спектр ЕИЭМИ достаточно устойчивый, [5]. Аномалии ЕИЭМИ накануне землетрясения проявляются также в виде искажения типичного суточного хода ЕИЭМИ [3, 4].

Одним из основных источников электрического поля является поле, связанное с процессами в литосфере. Это импульсное электромагнитное поле, вызванное напряжением горных пород, а также изменение проводимости приземной атмосферы за счет газов, выходящих по микротрещинам на поверхность. Оба указанных источника рассматриваются возможные механизмы литосферно-атмосферных явлений, выдвинутые для объяснения предвестников землетрясений в ОНЧ и СНЧ диапазонах.

Важное место среди методов прогноза землетрясений занимают методы краткосрочного и оперативного прогноза, когда предвестники землетрясений проявляются на этапе разрушения консолидированных горных пород. Этот этап подготовки землетрясения характеризуется высокой скоростью деформирования среды, появляются предвестники с малым временем релаксации [10]. К одним из таких предвестников можно отнести и аномальное поведение ЭМИ Земли, связанное с усилением интенсивности механоэлектрических преобразователей различной природы [7, 8, 9].

Предвестники на стадии разрушения по физическому смыслу относятся к типу краткосрочных. Деформирование охватывает объем, значительно превышающий консолидированную область, и инициирует вторичные явления немеханической природы. Особенностью фазы консолидации является то, что на ней ведущим процессом является рост размеров неоднородностей, а не изменение ее свойств при постоянном объеме. Темп роста неоднородностей для землетрясений разных магнитуд примерно одинаков, и соответственно землетрясение большой магнитуды должно готовиться дольше.

Форма неоднородности принимается в виде эллипсоида, образованного вращением эллипса магистрального разрыва вокруг большой оси с максимальным объемом

. (4)

Удобным геометрическим параметром является средний диаметр включения d, т. е. диаметр шара, равного по объему неоднородности

. (5)

(6)

(7)

В формулах (6) и (7) Отсутствует магнитуда М в явном виде [10].

Кроме устойчивых пространственно-временных особенностей регистрируемых аномалий ЕИЭМИ, серьезным подтверждением его связи с изменениями напряженно-деформированного состояния горных пород являются регистрации импульсного ЕИЭМИ в шахтах, при этом интенсивность сигнала в 2 - 4 раза больше, чем на поверхности [5, 11].

В целом, измерения ЕИЭМИ являются эпизодическими, несмотря на то, что аномалии электромагнитной природы могут быть более надежными предвестниками землетрясений. Они отражают уже начавшийся процесс разрушения горных пород, заканчивающийся магистральным разрывом; предвестники деформационного типа в большей мере отражают процесс консолидации, который может быть прерван серией слабых событий [5]. Рассматривают влияние на принимаемый сигнал только относительно близких землетрясений (десятки - сотни километров), тогда как, судя по устойчивому проявлению в записях глобальной грозовой активности, источник излучения может находиться на любом расстоянии от приемника. Сравнение регистраций проводится только с наиболее сильными землетрясениями в данном регионе, сейсмический же процесс является непрерывным и проявляется в том числе и в виде слабых землетрясений. Исходя из сказанного, представляет интерес сравнение вариаций интенсивности ЕИЭМИ с изменениями как региональной, так и глобальной сейсмической активностей, оцениваемых по числу землетрясений любой магнитуды, кроме, может быть, самых слабых, данные о которых менее надежны, а распределение по времени близко к случайному.

Целью данного исследования является выделение и анализ ЕИЭМИ тектонического происхождения на фоне вариаций, обусловленных постоянно действующими факторами планетарного масштаба.

Делись добром ;)