Камчатский филиал Федерального исследовательского центра "Единая геофизическая служба Российской академии наук" (КФ ФИЦ ЕГС РАН)

Участие в научных проектах

Грант РФФИ 12-05-31319, 2012-2013 гг.

Руководитель: Макаров Евгений Олегович, к.ф.-м.н.

Изучение связи между геодинамическими процессами и вариациями почвенного радона на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне.

Аннотация проекта

Поиски связи между содержанием радона в почвенном воздухе и изменениями напряженно-деформированного состояния геосреды на последней стадии подготовки сильных землетрясений усиленно ведутся в течение последних нескольких десятков лет во всех сейсмоактивных регионах Земли. Перспективность сейсмоэманационного метода с целью мониторинга геодинамических процессов в частности прогноза землетрясений и горных ударов показана в ряде работ (Авдуалиев и др, 1986; Рудаков, 1992, 2009; Спивак и др. 2008; Фирстов, Рудаков, 2002; Фирстов и др., 2006). На Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне начиная с 1998 г. работает сеть пунктов регистрации объемной активности радона (ОА Rn) в почвенном воздухе рыхлых отложений. В данном проекте планируется развитие средств мониторинга ОА Rn на сети пунктов Петропавловск-Камчатского геодинамического полигона, а также ретроспективный анализ рядов данных за 2000-2012 гг. с целью выявления предвестниковых аномалий сильных землетрясений с магнитудой М>5.5 южной Камчатки. В рамках проекта планируется создание и внедрение системы удаленного сбора данных в режиме реального времени на базе приборов серии ALMEMO фирмы AHLBORN. С помощью современных пакетов прикладных программ планируется произвести ревизию информации, полученной в предыдущее десятилетие, с целью отработки методики выявления аномалий перед землетрясениями южной Камчатки с М>5.5.

Цели проекта

Исследование связи аномалий в поле почвенного радона с геодеформационными процессами южной Камчатки, поиск предвестников катастрофических землетрясений.

Результаты проекта

Проведено сопоставление вариаций объемной активности радона в подпочвенном воздухе на сети пунктов Петропавловск – Камчатского геодинамического полигона с сейсмической активностью Южной Камчатки. По времени начала вступления радоновых аномалий рассчитан азимут прихода «деформационной волны», который совпадает с направлением на эпицентр произошедшего землетрясения. Зарегистрированные аномалии, предположительно, имеют деформационную природу и обусловлены процессами «квазивязкого» течения литосферы во время перестройки поля тектонических напряжений зоны субдукции. В динамике объемной активности подпочвенного радона выявлен предвестник с временем упреждения 4,5 суток землетрясения 15 октября 2012 г. с магнитудой М = 5.6 и эпицентральным расстоянием 140 км от пункта регистрации. Выполнены работы по регистрации объемной активности радона в Северной части Толбачинского Дола в районе Трещинного Толбачинского извержения им. 50-летия Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Выполнено сопоставление зарегистрированных аномалий в поле почвенного радона с наклономерными наблюдениями. Показано, что обоими методам зарегистрирована геодеформационная волна, по форме представляющая уединенную волну длительностью 4 суток с максимальной относительной деформацией грунта 2*10-6. Выполнена модернизация пунктов "КРМ", "Геотермальный стационар", "Налычевская застава" приборами ALMEMO и системой удаленного доступа и сбора данных.

Грант РФФИ 12-05-31186, 2012-2013 гг.

Руководитель: Шакирова Александра Альбертовна

Особенности сейсмических явлений, сопровождавших извержение вулкана Кизимен в 2010-2012 гг.

Аннотация проекта

В декабре 2010 года на полуострове Камчатка началось извержение вулкана Кизимен. Последнее зафиксированное извержение этого вулкана происходило в 1928-1929 годах, ему было дано визуальное описание. К моменту извержения в районе вулкана были установлены две сейсмические станции на расстояниях 2 и 20 км от вершины. Это извержение предварялось землетрясениями, а началось оно с мощных эксплозий с последующим выжиманием лавового потока, которое сопровождалось необычной сейсмичностью в виде квазипериодичного появления микроземлетрясений. Подобные микроземлетрясения не были зафиксированы ни на одном камчатском вулкане. Американские исследователи изучали подобную сейсмичность на вулкане Сент-Хеленс в 2004 году во время выжимания вязкого купола, и такой режим был назван «drumbeats» - барабанный бой. Он также наблюдался при извержении вулкана Усу в Японии и на некоторых других вулканах мира. Отличительным моментом для извержения вулкана Кизимен является то, что режим «drumbeats» возникал не только при выжимании экструзивного купола, но и сопровождал движение вязкого лавового потока по склону. Это извержение демонстрирует длительное, близкое к равновесию поведение, что предоставляет уникальные возможности для понимания динамики вулканического процесса. Квазипериодический режим генерации микроземлетрясений предполагает существование постоянного сейсмического генератора, а также предоставляет возможность изучения связи динамики выжимания лавового потока с сейсмичностью. В рамках проекта планируется дальнейшее развитие сейсмических наблюдений в районе вулкана Кизимен и построение моделей генератора режима «drumbeats». В основу моделей будут заложены реологические свойства вязких андезитовых магм.

Цель проекта

Исследование пространственно - временных особенностей микроземлетрясений режима "drumbeats", связанных с выжиманием и движением вязкого лавового потока вулкана Кизимен

Результаты проекта

Была проведена систематизация и обработка микроземлетрясений режима «drumbeats» за период с декабря 2010 года до января 2013 г. Составлен каталог появления микроземлетрясений, частота их появления в сутки и сумма отношений А/Т в шестичасовых интервалах (отношение амплитуды к периоду - энергетическая характеристика землетрясений режима «drumbeats»). В результате систематизации данных были выделены три типа микроземлетрясений, которые генерировались двумя языками лавового потока (восточным и северо-восточным) и выжиманием вершинной экструзии. Были выделены четыре основных стадии извержения вулкана. Установлено, что линейные размеры фронта движения лавового потока определяли энергию микроземлетрясений. Согласно сейсмическим данным наибольшая интенсивность поступления лавового материала на поверхность происходила в мае–июне и в сентябре 2011 г. Образование северо-восточного языка по сейсмическим данным произошло 10 октября 2011 г., что подтверждается визуальными наблюдениями. Эпицентры микроземлетрясений располагаются вблизи контура лавового потока. Закономерные изменения кинематических параметров на двух ближайших радиотелеметрических сейсмических станциях (РТСС) и возникновение нового режима «drumbeats II» с момента появления второго языка лавового потока говорят о связи режима «drumbeats» с движением фронта вязкого лавового потока.

В 2013 г.

Исследована динамика режима «drumbeats» , на основании чего показано, что возникновение микроземлетрясений режима «drumbeats» связано с формированием экструзии в кратере вулкана и движением фронта лавового потока. В пользу чего говорят закономерные изменения кинематических параметров на двух ближайших радиотелеметрических сейсмических станциях (РТСС) и возникновение нового режима «drumbeats II» с момента появления второго языка лавового потока (использовались сейсмические данные и фотоматериалы за весь период движения лавового потока). Также об этом свидетельствует расположение эпицентров микроземлетрясений режима «drumbeats», полученные с помощью временно установленной дополнительной сейсмической станции. Выделены пять этапов в извержении вулкана за период декабрь 2010 г.- февраль 2013 г.

Грант РФФИ 16-05-00162, 2016-2018 гг.

Руководитель: Фирстов Павел Павлович, д.ф.-м.н.

Предвестники сильных землетрясений в поле подпочвенного радона на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне.

Аннотация проекта

В рамках проекта планируется продолжение и развитие исследований, начатых 17 лет назад в сейсмически активном регионе РФ - Камчатском крае. Сеть пунктов с апертурой ~ 50 км, впервые в мировой практике радоновых исследований, позволила выделить с вероятностью 0.7 в поле почвенного радона (Rn) «геодеформационные волны», возникающие перед землетрясениями с М>5.5 на удалении до 170 км и служащие их предвестниками. Также в динамике объемной активности радона Rn в пункте «Паратунка» (ПРТ) выделен среднесрочный предвестник со временем упреждения ~2.5 года перед цепочкой сильных землетрясений с М>7.6 севера–западного обрамления Тихого океана (Олюторское 20.04. 2006 г. с М=7.6; Симуширские 15.11.2006 г. с М=8.3 и 13.01.2007 г. с М=8.1). Полученные результаты с большой достоверностью дают основание рассматривать мониторинг подпочвенного Rn на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне, как перспективный метод среднесрочного и краткосрочного прогноза сильного землетрясения. Для повышения эффективности и оперативности выдачи краткосрочных прогнозов сильных землетрясений, в рамках проекта планируется разработать и внедрить автоматизированную систему выделения предвестниковых аномалий в поле подпочвенного радона, и интегрировать ее в систему оперативного визуального контроля сейсмичности Камчатского филиала Геофизической службы РАН. Решение этой задачи будет базироваться на разработке физических механизмов и математических моделей миграции Rn в верхней толще рыхлых отложений. Автоматическое выделение предвестниковых аномалий в многомерных временных рядах будет реализовываться методом айгеноскопии. Практическим применением результатов проекта будет повышение эффективности обеспечения безопасности и своевременного информирования органов власти Камчатского края и населения о возможности возникновения сильных землетрясений южной Камчатки, которые представляют реальную угрозу для городов Петропавловск-Камчатский и Вилючинск. Научные результаты, полученные в ходе выполнения проекта, будут доведены до научной общественности в виде цикла статей и монографии.

Цели и задачи проекта

Конечной целью проекта является разработка и создание автоматизированной системы выделения предвестниковых аномалий при подготовке и возникновении сильных землетрясений с магнитудой М > 5.5 района южной Камчатки и с М >7 северного фланга Курило - Камчатской дуги по данным радонового мониторинга на сети пунктов Петропавловск - Камчатского геодинамического полигона и интеграция ее в систему оперативного визуального контроля сейсмичности, созданную в Камчатском филиале Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН). В рамках проекта планируются разработка и внедрение в автоматизированную систему методики выделения в реальном времени краткосрочных и среднесрочных предвестниковых аномалий сильных землетрясений в поле подпочвенного радона (ПР).

Для достижения поставленной цели будут решаться следующие задачи:

1. Создание на базе имеющихся пунктов регистрации почвенных газов, оснащенных автоматизированными комплексами регистрации концентрации почвенных газов (РКПГ) и специализированного сервера, системы автоматизированного сбора данных концентрации почвенного радона, их первичной обработки (Макаров и др., 2012).

2. Изучение на основе геофизических исследований (сейсморазведка и георадиолокация) строения верхней части геологического разреза и выявление в нем неоднородностей. Определение физико-литологических свойств грунтов и уровня грунтовых вод (УГВ) в местах расположения пунктов мониторинга ПР. Это позволит получить исходные данные для разработки математических моделей миграции Rn к дневной поверхности (Фирстов и др., 2015).

3. Разработка математических моделей массопереноса Rn для каждого пункта регистрации почвенных газов с учетом уровня грунтовых вод и особенностей строения рыхлых отложений в местах расположения пунктов (Паровик и др., 2012; Паровик, 2014).

4. Разработка и внедрение автоматизированной системы выделения реперных точек коллективного поведения в многомерных временных рядах данных концентрации ПР с учетом разработанных математических моделей массопереноса и полученных знаний о строении верхнего слоя рыхлых отложений в пунктах регистрации. Создание системы планируется на основе метода айгеноскопии (Исакевич и др., 2013; Фирстов и др., 2014).

Результаты проекта

2016 г.

Временные ряды, полученные в результате непрерывного мониторинга подпочвенного радона (ПР) в течение более 15 лет на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне и текущие данные являются основой для исследований в рамках Проекта.

1. В 2016 г. по ретроспективным данным на основании математической модели распространения радона в потоке воды [Гудзенко, Дубинчук. 1987; Огильви, 1928] и формы записи, было сделано качественное описание двух предвестниковых аномалий в поле подпочвенного радона, зарегистрированных в районе Паратунского геотермального месторождения на Камчатке. Исходя из имеющихся условий, был рассчитан теоретический отклик и проведено сравнение формы теоретических и экспериментальных кривых приращения концентрации радона. Получено достаточно хорошее совпадение расчетных и экспериментальных кривых, позволяющее считать возникновение радоновых аномалий по модели полного перемешивания. Сделан вывод, что зарегистрированные аномалии приурочены к изменениям водного потока с больших глубин, чем обычно, на стадии подготовки землетрясения, когда давление в горных породах после спада его за счет дилатансии может превышать уровень, определяемый тектоническим нагружением.

2. В 2016 г. в пункте ИНС выполнялись сейсморазведочные работы с целью изучения верхней части геологического разреза. Работы проводились с помощью точечного сейсмозондирования с получением пар встречных и нагоняющих годографов. Оказалось, что свойства грунтов для пункта ИНС сходны со свойствами грунтов пункта ПРТ. Поэтому основное влияние на поток Rn, определяющее выявленные ранее различия в отклике этих пунктов на подготовку сильных землетрясений, оказывают зоны разуплотнений, выступающие в роли проводящих коллекторов для подпочвенных газов с больших глубин, а так же уровень грунтовых вод и расположение пунктов в различных структурных элементах побережья Авачинского залива.

3. С целью автоматизации мониторинга подпочвенных газов для поиска предвестников сильных землетрясений южной Камчатки в 2016 г. разработана система сбора данных с пункта ИНС (скважина НИС-1 на территории Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН) в режиме, близком к реальному времени. Информация снимается с 11 датчиков концентрации подпочвенных газов и метеорологических величин с помощью современных регистрирующих приборов серии ALMEMO фирмы Ahlborn, которые оборудованы системой коннекторов, обеспечивающих подключение любых датчиков. Текущая информация в базе данных обновляется через 10 минутный интервал и визуализируется на созданном рабочем месте оператора.

4. Мониторинг содержания подпочвенных газов на всех пунктах в течение 2016 года велся в непрерывном режиме без значительных пропусков. Получаемые данные концентрации подпочвенных газов ложатся в основу заключений о сейсмической опасности, которые еженедельно подаются в два экспертных Совета, существующих на Камчатке. Одним из важнейших результатов работ по Проекту в 2016 г. явилось поданное заключение о сейсмической опасности от 26 января 2016 г. В этом заключении указывалось на возможность землетрясения с М > 6.5 и глубиной очага меньше 90 км в районе полуострова Камчатка и прилегающей акватории Тихого океана. Через четверо суток, 30 января 2016 г. в зоне субдукции под восточным побережьем Камчатки произошло глубокое сильное Жупановское землетрясение (ЖЗ) с магнитудой с МW=7.2 и Н=161 км. Заключение основывалось на аномалии, которая была зарегистрирована на сети пунктов регистрации ПР. На всех кривых объемной активности радона синфазно за 10 дней перед ЖЗ появляется бухтообразное отрицательное возмущение, которое рассматривается как предвестниковая аномалия реакция на «геодеформационную волну», возникшую на последней стадии подготовки ЖЗ.

2017 г.

Текущие данные и временные ряды непрерывного мониторинга подпочвенного радона (ПР) на сети пунктов Петропавловск-Камчатского геодинамического полигона за длительный период (2000-2017 г.) являются основой для исследований в рамках Проекта.

В 2017 г. в рамках Проекта была решена задача - перенос радона в пористом слое грунта конечной мощности. Так как регистрация подпочвенного радона (ПР) на Петропавловск-Камчатском регионе осуществляется в зоне аэрации аллювиально-делювиальных отложений, которые, в первом приближении, можно представить как пористую среду, это объясняет интерес исполнителей проекта к переносу радона в пористой среде. С помощью методов математического моделирования была разработана методика оценки величины плотности потока радона с поверхности при его пассивной регистрации в накопительной камере.

Рассмотрены вопросы классификации и выделения предвестниковых аномалий сильных землетрясений в динамике подпочвенного Rn на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне. Выделены два основных типа предвестниковых аномалий. Предвестник типа А - синфазные аномалии ОА Rn, зарегистрированные в нескольких пунктах сети, которые связываются с возмущениями в геосреде, условно названными авторами «деформациоными волнами» (ДВ). Причем в зависимости от расположения пунктов регистрации относительно границ отдельных блоков, предвестниковые аномалии типа А имеют различную форму (бухтообразные, ступенчатые), а также различную полярность в зависимости от геолого-тектонических условий того или иного пункта регистрации. Хорошо выделяемые на общем фоне аномалии с определенной формой, регистрируемые в одном пункте сети, относятся к типу Б. Форма записи дает основание рассматривать их как результат инжекции и переноса Rn в водной среде по модели с полным поперечным перемешиванием при деформационном воздействии на блоки геосреды в районе пункта регистрации.

Продолжалась разработка автоматизированной системы выделения реперных точек коллективного поведения в многомерных временных рядах данных концентрации подпочвенных газов. В 2017 г. в рамках Проекта, с целью автоматизированного выделения предвестниковых аномалий сильных землетрясений на основании вариаций концентрации подпочвенных газов, внедрен предварительный вариант прикладной программы, реализованной на основе методики айгеноскопии. Исходными данными служат временные ряды концентрации подпочвенных газов с пункта ИНС, при обработке которых на первом этапе выделяются реперные точки коллективного поведения. На втором этапе проводится селекция предвестниковых аномалий сильных землетрясений района полуострова Камчатка. В рамках Проекта с целью автоматизации процесса сбора информации был организован автоматизированный съем данных с пункта КРМ.

	Всё о нас	Наблюдения	Сейсмичность	Сотрудники	Библиотека	Опасность
	Камчатский филиал Федерального исследовательского центра "Единая геофизическая служба РАН"