Неприливные вариации вертикального градиента силы тяжести
Ю. В. Антонов, А. К. Рыбин, Воронежский государственный университет
При измерении вертикального градиента силы тяжести в различных регионах бывшего Советского Союза (Памир, Тянь-Шань, Кавказ, Крым и т. д.) [1–4] отмечено влияние на результаты измерений вертикального градиента динамического состояния земной коры. Расхождения между контрольными и рядовыми измерениями нередко не соответствовали предполагаемым ошибкам измерения, исходя из кратности наблюдений на одном пункте. При этом погрешность единичного измерения принималась в два–три раза грубее реальной погрешности, и количество наблюдений было больше, чем требовалось погрешностью единичного наблюдения для достижения общей ошибки измерения, например, ± 10–15 этвеш. Кроме того, предыдущие исследования [1–4] показали, что неприливные вариации вертикального градиента носят планетарный характер и связаны с собственными колебаниями Земли. Но измерения неприливных вариаций были выполнены в ограниченном объеме, особенно это касается синхронных наблюдений, поэтому для получения более достоверных выводов относительно характера вариаций необходимо провести дополнительные исследования.
Для
выяснения указанных причин и несоответствий между расчетными и измеренными
ошибками наблюдения специально проведены стационарные исследования в городах
Воронеж и Бишкек. Наблюдения велись вдали от городов (не менее
Измерения проводились приборами различной конструкции, что, помимо некоторых неудобств, позволило более объективно говорить о существовании неприливных вариаций вертикального градиента. В Воронеже использовался высокоточный гравиметр, созданный К. Е. Веселовым и имеющий цену © Антонов Ю. В., Рыбин А. К., 2009 деления около 1 мГал /об. и чувствительность порядка 0, 003 мГал. В Бишкеке использовался автоматизированный гравиметр GS-5 примерно с теми же техническими характеристиками, может быть, уступающий немного российскому гравиметру в чувствительности. Главным недостатком российского гравиметра служит то, что отсчеты производятся визуально, и поэтому невозможно строго выдерживать равные промежутки времени между замерами, что привносит дополнительную погрешность за счет смещения нуль-пункта и лунно-солнечных вариаций силы тяжести. Наблюдения осуществлялись в течение трех часов со 2 июня по 11 июня 2008 года. К сожалению, увеличить интервал наблюдения трудно из-за физического состояния оператора на российском гравиметре.
Методика обработки была достаточно простой.
Наблюдения силы тяжести на верхней и нижней площадках вышки предварительно сглаживались, чтобы уменьшить влияние случайных погрешностей. Интервал сглаживания включал в себя три точки. По сглаженным значениям силы тяжести вычисляли разности значений силы тяжести вверху и внизу и среднее значение градиента по разностям. Затем строили кривую изменения градиента относительно среднего значения. Оказалось, что изменения носят апериодический характер с элементами случайных погрешностей.
Были построены графики изменения неприливных вариаций вертикального градиента для Воронежа и Бишкека. Сравнение синхронных наблюдений показало, что вариации в общем случае совпадают между собой. Естественно, вариации осложнены погрешностями, носящими не только случайный, но и природный характер. Бишкек расположен в активной альпийской зоне, где происходят многочисленные мелкие землетрясения, не ощущаемые визуально, зато четко фиксируемые гравиметрами, так как гравиметры в принципе являются вертикальным сейсмографом Голицина.
В качестве примера представлены наблюдения за 8 июня 2008 года (рис. 1). На графике изменения вертикального градиента время дано в минутах (по горизонтальной оси). Указанный пример выбран не случайно. Измерения проводились после катас- трофического Синцзянского землетрясения в Китае. В последующие дни почти постоянно проходили дополнительные толчки. Все дни контролировались на предмет землетрясений не только в Китае, но и во всем мире по данным Геофизической службы России. 8 июня 2008 года землетрясений со значительной амплитудой нигде не было. Характер изменения вариаций в Воронеже и Бишкеке спокойный. Но, как видно из рисунка 1, в середине обоих графиков вдруг отмечается всплеск амплитуды вариаций градиента примерно в течение 20–30 минут. Вариации быстро затухают. Природа такого изменения амплитуды вариаций пока не понятна.
Таким образом, оценивая синхронность изменений неприливных вариаций вертикального градиента, можно склониться к тому, что собственные колебания Земли, вызывающие вариации, являются первичными, а землетрясения лишь усиливают эти колебания. Возможно, всплеск амплитуды вариаций 8 июня 2008 года – отголосок происходящих глубинных процессов в недрах Земли. Маловероятным представляется объяснить данное явление техногенным фактором (взрыв), хотя и этого нельзя исключать.
Чтобы в какой-то мере не допустить влияние мелких землетрясений и случайных ошибок, были вычислены амплитудно-частотные спектры (рис. 2). Спектры достаточно хорошо отражают наличие тех или иных границ в Земле: глубинные границы характеризуются большими периодами. По статистике, для Воронежского региона характерны периоды около часа, что соответствует теоретическим расчетам для моделей Земли по Буллену и Гуттенбергу в платформенных условиях. Для Бишкека, наоборот, характерны периоды колебаний в 31 мин, в редких случаях отмечаются часовые периоды. Видимо, в Тянь-Шаньском регионе, где идут горообразовательные процессы, произошла глубокая проработка земной коры, что, собственно, и определяет различие спектров в Воронеже и Бишкеке.
Работа выполнена по грантам РФФИ № 08-05-00716-а, № 08-05-10042-к
Список литературы
1. Антонов Ю. В. Неприливные вариации вертикального градиента силы тяжести и их возможная связь с землетрясениями / Ю. В. Антонов, С. В. Слюсарев // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. – 1992. – № 5. – С. 101–105.
2. Антонов Ю. В. Результаты синхронных наблюдений за изменением вертикального градиента в Якутии и на Воронежском массиве / Ю. В. Антонов, С. В. Слюсарев, В. Н. Чирков / / Вестн. ВГУ. Сер. геол. – 1996. – № 2. – С. 182–186.
3. Антонов Ю. В. Возможная природа вариаций вертикального градиента силы тяжести / Ю. В. Антонов, А. В. Манаков, С. В. Слюсарев // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. – 1996. – № 1. – С. 144–145 .
4. Антонов Ю. В. Неприливные вариации вертикального градиента силы тяжести / Ю. В. Антонов, С. В. Слюсарев, В. Н. Чирков // Геофизика. – 1997. – № 1. – С. 40–45.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.vestnik.vsu.ru/
Дата добавления: 30.06.2011
