СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО УРОВНЯ СЕЙСМОЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ
METHOD OF MEASURING REGIONAL LEVEL OF SEISMOELECTROMAGNETIC ACTIVITY

Изобретение относится к области измерений сейсмоэлектромагнитной активности, а именно к измерению регионального уровня сейсмоэлектромагнитной активности по магнитным компонентам естественного электромагнитного поля Земли акустического диапазона, и может найти применение при мониторинге и прогнозе сейсмической активности регионов, мониторинге процессов эксплуатации месторождений рудных, жидких и газообразных полезных ископаемых.
Цель изобретения - разработка способа измерения регионального уровня сейсмоэлектромагнитной активности по магнитным компонентам естественного электромагнитного поля Земли акустического диапазона частот.
Наблюдения естественного электромагнитного поля Земли в акустическом диапазоне частот проводятся достаточно давно и на постоянной основе. Эти наблюдения используются в ряде международных проектов с участием измерительных станций, расположенных на всем земном шаре, например TOGA COARE, WWLLN, AWDANET, целью которых является изучение климата, ионосферы, магнитосферы, космической погоды и влияния солнечной активности. Однако они не могут быть использованы для измерений сейсмоэлектромагнитной активности, поскольку не отвечают необходимым условиям процедуры измерения сейсмоэлектромагнитной активности.
Наиболее всестороннее представление о сейсмоэлектромагнетизме и сопутствующих проблемах дано в серии трудов международных рабочих совещаний, проведенных в Японии в 1999-2012 гг. под эгидой одного из основоположников и лидеров исследований сейсмоэлектромагнетизма Мицуми Хайакавы [1-6]. Однако использование этих результатов для исследований и, тем более, для практического использования, не представляется возможным из-за неопреденности измерения характеристик сейсмоэлектромагнетизма, связанной с отсутствием процедуры (способа) измерения.
Период подготовки и протекания землетрясения характеризуется повышенным воздействием динамических процессов земной коры на ионосферу. Возникающие при этом деформационные явления, связанные с нарастанием и релаксацией механических напряжений тектонического происхождения, приводят к комплексу акустических и электромагнитных процессов в окрестности области подготовки и протекания землетрясения, приводящих к модификации ионосферы гравитационно-акустическими волнами и электромагнитным излучением литосферного происхождения [1-6].
В результате происходит увеличение электронной концентрации и эффективной толщины нижних слоев ионосферы, сужение волновода земная поверхность - ионосфера и, соответственно, ухудшение пропускания волновода в диапазоне частот, превосходящих критическую частоту пропускания этого волновода [6-9]. Это приводит к ослаблению уровня сигнала от радиостанций, распространяющегося над местом подготовки/протекания землетрясения [10-14]. Естественно, такое же влияние модификация ионосферы оказывает и на сигналы грозового происхождения (атмосферики), имеющие чрезвычайно широкий спектр. Влияние модификации ионосферы проявляется в повышенном ослаблении высокочастотной части спектра атмосфериков [14, 15]. Иными словами, увеличение интенсивности динамических процессов литосферы ведет к уменьшению относительной высокочастотной части естественного электромагнитного поля в общем поле горизонтальной поляризации.
С другой стороны, повышение интенсивности динамических процессов литосферы сопровождается увеличением электромагнитного излучения литосферы, наиболее эффективно проявляющимся в низкочастотной области спектра вертикальной магнитной поляризации [16, 17]. Иными словами, увеличение динамической активности литосферы приводит к увеличению относительной низкочастотной части электромагнитного поля вертикальной магнитной поляризации.
Поэтому отношение низкочастотной доли электромагнитного поля вертикальной магнитной поляризаци к высокочастотной доле естественного электромагнитного поля горизонтальной магнитной поляризации представляет собой величину, которая пропорциональна интенсивности сейсмоэлектромагнитного излучения и, соответственно, интенсивности динамических процессов земной коры.
Для измерения региональной сейсмоэлектромагнитной активности регистрируют три взаимно ортогональные компоненты магнитной составляющей естественного электромагнитного поля Земли в акустическом диапазоне частот - двух горизонтальных и одной вертикальной.
Измеряют относительную мощность низкочастотной части вертикальной компоненты естественного электромагнитного поля Земли как отношение части мощности вертикальной компоненты на частотах ниже критической частоты волновода Земля-ионосфера к общей мощности вертикальной компоненты.
Измеряют общую мощность горизонтальной компоненты поля как сумму мощностей измеренных горизонтальных компонент.
Измеряют относительную мощность высокочастотной части горизонтальной компоненты поля как отношение части мощности горизонтальной компоненты на частотах выше критической частоты к общей мощности горизонтальной компоненты.
По полученным значениям измеряют уровень региональной сейсмоэлектромагнитной активности как отношение относительной мощности низкочастотной вертикальной компоненты поля к относительной мощности горизонтальной высокочастотной компоненты поля.
Ссылки
1. Seismo Electromagnetics Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling Ed. M. Hayakawa, O.A. Molchanov, Tokyo, Terrapub, 477 p., 2003, ISMB No. 4-88704-130-6.
2. Electromagnetic Phenomena Related to Earthquake Prediction, Hayakawa, M. and Y. Fujinawa, Editors, Terra Sci. Pub. Co., Tokyo, pp. 667, 1994.
3. Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes, Hayakawa, M., Editor, Terra Sci. Pub. Co., Tokyo, 996 p, 1999.
4. Seismo Electromagnetics: Lithosphere - Atmosphere - Ionosphere Coupling, Eds. Hayakawa, M. and O.A. Molchanov, TERRAPUB, Tokyo, 477 p, 2002.
5. Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes, Transworld Research Network, Trivandrum, 279 p., 2009, Ed. Hayakawa, M., On the fluctuation spectra of seismo-electromagnetic phenomenf. Nat. Hazard Earth Syst. Sci., 11, 2011.
6. Molchanov, О.A., and M. Hayakawa, Seismo Electromagnetics and Related Phenomena: History and latest results, TERRAPUB, Tokyo, 189 p., 2008.
7. Гохберг М.Б., Моргунов B.A., Похотелов O.A. Сейсмоэлектромагнитные явления. - М.: Наука, 1998. 176 с.
8. Titova, Е.Е., Di, V.L., and Jurov, V.E.: Interaction between VLF waves and Turbulent ionosphere, Geophys. Res. Lett., 11, 323-330, 1984.
9. J.Y. Chen, Y.J. Chuo, C.S. Chen: A statistical investigation of preearthquake ionospheric anomaly, J. Geophys. Res., 111, A05304, doi: 10.1029/2005JA01333, 2006.
10. P.F. Bagi, L. Castellana, T, Maggipinto, D. Loiacono, V. Augelli, Schavulli, A. Ermini, V. Capozzi, - Disturbances in VLF radio signals prior the M=4.7 offshore Anzio (central Italy) earhhquake on 22 August 2005, Nat. Hazards Eart Syst. Sci., 8, 1041-1048, 2008, www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/8/1041/2008/.
11. A. Rozhnoi, M. Solovieva, O. Molchanov, M. Boudjada, P.F. Biagi, T. Maggipinto, L. Castellana, A. Ermini, M. Hayakawa, - Anomalies in VLF radio signal prior the Abruzzo (M=6.3) on 6 April 2009. Nat. Hazards Eart Syst. Sci., 9, 1727-1732, 2009, www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/9/1727/2009/.
12. M.Y. Boudjada, K. Schwingenschuh, R. Doller, A. Rozhnoi, M. Parrot, P.F. Biagi, P.H.M. Galopeau, M. Solovieva, O. Molchanov, H.K. Biernat, G Stangl, H. Lammer, I. Moldovan, W. Voller, M. Ampferer - Decrease of VLF transmitter signal and Chorus-whistler waves before l'Aquila earthquake occurence - Nat. HazardsEarth sys. Sci., 10, 1487-1494, 2010, www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/10/1487/2010/ doi: 10.51194/nhess-10-1487-2010.
13. K. Schwingenschuh, G. Prattes, B.P. Besser, K. Mocnik, M. Stachel, O. Aydogar, I. Jernej, M. Boudjada, G. Stang, A. Rozhnoi, M. Solovieva, P.F. Biagi, M. Hayakawa, H.U. Eichelberger - The Graz seismo-electromagnetic VLF facility, Nat. Hazards Eart Syst. Sci., 11, 1121-1127, 2011, www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/11/1121/2011/, doi: 10.5194/nhess-11-1121-2011.
14. A. Rozhnoi, O. Molchanov, M. Solovieva, V. Gladyshev, O. Akentieva, J.J. Berthelier, M. Parrot, F. Leffeuvre, M. Hayakawa, L. Castellana, P.F. Biagi - Possible seismo-ionosphere perturbations revealed by VLF signals collected on ground and on a satellite, Nat. Hazards Eart Syst. Sci., 7, 617-624, 2007, http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/7/617/2007/.
15. M. Hayakawa, J.P. Raulin, Y. Kasahara, F.C.P. Bertoni, Y. Hobaara, W. Guevara-Day - Ionospheric perturbation in possible assosiation with the 2010 Haiti earthquake as based on medium-distantace subionospheric VLF propagation. Nat. Hazards Eart Syst. Sci., 11, 513-518, 2011, www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/11/531/2011/, doi: 10.5194/nhess-11-513-2011.
16. R. Tesseyre, T. Ernst - Electromagnetic radiation related to dislocation dynamics in a seismic preparation zone. - Annals of Geophysics, Vol. 45, N. 2, April 2002, pp. 393-399.
17. R. Teisseyre - Generation of electrical field in an earthquake preparation zone - Annali di Geofisica, vol XL, N 2, march 1997, pp. 297-304.