Развитие методов и средств геофизического мониторинга для исследования процессов в системе литосфера-атмосфера-ионосфера-магнитосфера в сейсмоопасном регионе Северного Тянь-Шаня

Грантовый проект ИРН AP19678127

Руководитель проекта: Салихов Н.М.

Период реализации проекта: 2023-2025 гг.

Основная идея проекта заключается в необходимости применения комплексного мониторинга геофизических полей для оптимального обнаружения сейсмогенных эффектов в системе литосферно-атмосферно-ионосферно-магнитосферных связей перед землетрясениями. Выявление таких сигналов, чаще всего слабых и кратковременных, на фоне антропогенных и естественных помех является сложной задачей. Доплеровским методом будет изучена реакция ионосферы на солнечные вспышки и геомагнитные бури, которые являются помехами при поиске сейсмогенных эффектов в ионосфере. Прогресс в этом направлении напрямую связан с развитием методов и средств геофизического мониторинга, и применением современных информационных технологий, что будет использовано в данном проекте.

Цель проектаЦель проекта

Цель. Комплексный мониторинг геофизических полей вблизи очагов катастрофических землетрясений и создание интерактивной базы массива данных для исследования возмущений в системе литосфера-атмосфера-ионосфера-магнитосфера при сейсмогенных и геоэффективных солнечных событиях.

Основная идея проекта заключается в необходимости применения комплексного мониторинга геофизических полей для оптимального обнаружения сейсмогенных эффектов в системе литосферно-атмосферно-ионосферно-магнитосферных связей перед землетрясениями. Выявление таких сигналов, чаще всего слабых и кратковременных, на фоне антропогенных и естественных помех является сложной задачей. Доплеровским методом будет изучена реакция ионосферы на солнечные вспышки и геомагнитные бури, которые являются помехами при поиске сейсмогенных эффектов в ионосфере. Прогресс в этом направлении напрямую связан с развитием методов и средств геофизического мониторинга, и применением современных информационных технологий, что будет использовано в данном проекте.

Цель проекта

Цель. Комплексный мониторинг геофизических полей вблизи очагов катастрофических землетрясений и создание интерактивной базы массива данных для исследования возмущений в системе литосфера-атмосфера-ионосфера-магнитосфера при сейсмогенных и геоэффективных солнечных событиях.

Задачи проекта

2023 г.

Модернизация комплекса измерительного оборудования электромагнитных измерений диапазона ультранизких (ELF) частот и скважинных измерений на пункте Космостанция. Тестовый мониторинг электромагнитных и скважинных измерений.

Создание комплекса программ для управления измерительными системами, для автоматизации анализа результатов измерений и загрузки данных в единую информационную базу в реальном времени.

Выбор и обоснование теоретических подходов для объяснения структуры электромагнитного поля вблизи поверхности земли.

2024 г.

 Непрерывный мониторинг и анализ вариаций теллурического тока и электромагнитных сигналов в диапазоне VLF — ELF частот на пункте «Космостанция» для выявления возмущений сейсмогенного и солнечного происхождения.

 Разработка структуры информационной базы данных по результатам мониторинга геофизических полей, создание необходимых программ для управление базой и ее развертывание на компьютерах.

Рассмотреть электромагнитные возмущения, связанные с чисто поверхностными электромагнитными волнами.

2025 г.

Непрерывный мониторинг и анализ вариаций доплеровского сдвига частоты ионосферного сигнала и микропульсаций атмосферного давления в инфразвуковом диапазоне частот на пункте Радиополигон Орбита для выявления возмущений сейсмогенного и солнечного происхождения.

Разработка информационного Интернет-сайта и комплекса программ для доступа к информации, хранящейся в базе данных с результатами мониторинга геофизических полей.

Провести оценочные расчеты возмущений электрического и магнитного поля, а также системы токов в проводящей земле при распространении поверхностных электромагнитных возмущений. 

Ожидаемые результаты

Ожидаемыми результатами в соответствии с целью и задачами проекта являются комплексный мониторинг пространственно-временных вариаций геофизических полей в сейсмоопасном регионе Северного Тянь-Шаня, создание объединенной информационной базы по результатам мониторинга геофизических полей на пунктах Радиополигон Орбита и Космостанция с интерактивным доступом к данным по сети Интернет.  Важным результатом будет вклад в исследования механизмов межгеосферных взаимодействий в системе литосфера–атмосфера-ионосфера-магнитосфера. В теоретическом приложении это будет математическое описание чисто поверхностных распространяющихся электромагнитных возмущений в окрестности поверхности проводящей земли.

2023 г.  Будет выполнена модернизация комплекса измерительного оборудования электромагнитных измерений диапазона ультранизких (ELF) частот и скважинных измерений на пункте Космостанция. Проведен тестовый мониторинг электромагнитных и скважинных измерений. Будет создан комплекс программ для управления измерительными системами и автоматизации анализа результатов измерений и загрузки данных в единую информационную базу в реальном времени. Будут выбраны и обоснованы теоретические подходы для объяснения структуры электромагнитного поля вблизи поверхности земли.

2024 г. Будет проведен непрерывный мониторинг и анализ вариаций теллурического тока и электромагнитных сигналов в диапазоне VLF — ELF частот на пункте Космостанция для выявления возмущений сейсмогенного и солнечного происхождения. Будет разработана структура информационной базы данных по результатам мониторинга геофизических полей, созданы необходимые программы для управление базой и ее развертывание на компьютерах.   Будут рассмотрены электромагнитные возмущения, связанные с чисто поверхностными электромагнитными волнами.

2025 г. Будет проведен непрерывный мониторинг и анализ вариаций доплеровского сдвига частоты ионосферного сигнала и микропульсаций атмосферного давления в инфразвуковом диапазоне частот на пункте Радиополигон Орбита для выявления возмущений сейсмогенного и солнечного происхождения. Будет разработан информационный Интернет-сайт и комплекс программ для доступа к информации, хранящейся в базе данных с результатами мониторинга геофизических полей. Будут проведены оценочные расчеты возмущений электрического и магнитного поля, а также системы токов в проводящей земле при распространении повехностных электромагнитных возмущений.

Полученные результаты на 2024 год:

В результате мониторинговых наблюдений за 13 дней до землетрясения обнаружено понижение амплитуды вариаций естественного электромагнитного поля Земли с нарушением характерного суточного хода и отчетливый всплеск за 2 дня до основного толчка при расположении ферритовой антенны в направлении Север-Юг в сторону эпицентра землетрясения. В скважине за 8 дней до основного толчка произошло характерное предсейсмическое бухтообразное понижение интенсивности потока гамма-квантов. Установлена временная сопряженность появления аномальных эффектов в вариациях электромагнитных волн диапазонов VLF частот с динамикой ионизирующего гамма-излучения подпочвенных слоев горных пород на этапе подготовки землетрясения. Отклик на подготовку землетрясения был обнаружен также при мониторинге ЭМ-сигналов магнитным датчиком индукционного типа IMS-008 в диапазоне частот 0,025 Гц – 0,066 Гц, как значительное повышение мощности динамического спектра ЭМ-сигналов за 17 минут до основного толчка. Это позволило рассматривать эффекты электромагнитных сигналов в диапазоне VLF — ELF частот как сейсмогенные электромагнитные предшественники землетрясения.

Опубликовано:

1.         Salikhov, N.; Shepetov, A.;Pak, G.; Saveliev, V.; Nurakynov, S.;Ryabov, V.; Zhukov, V. A PLL-Based Doppler Method Using an SDR-Receiver for Investigation of Seismogenic and Man-Made Disturbances in the Ionosphere. Geosciences 2024, 14, 192. (Q1, Scopus -79%)

https://doi.org/10.3390/geosciences14070192

2. Салихов Н.М., Пак Г.Д., Нуракынов С.М. Предвестниковые аномалии в комплексных геофизических исследованиях вблизи и на отдалении от эпицентров землетрясений. V Всероссийская научная конференция с международным участием «Геодинамические процессы и природные катастрофы» 27–31 мая 2024 г. Южно-Сахалинск, Россия.  С.80.www.imgg.ru

3.Салихов Н.М., Щепетов А.Л., Пак Г.Д., Нуракынов С.М., Жуков В.В. Экспериментальный комплекс для исследования сейсмогенных возмущений в системе литосфера-атмосфера-ионосфера в регионе Северного Тянь-Шаня. V Всероссийская научная конференция с международным участием «Геодинамические процессы и природные катастрофы» 27–31 мая 2024 г. Южно-Сахалинск, Россия.  С.81.www.imgg.ru   

4. Аппаратно-программный комплекс для исследования электромагнитных сигналов в ELF диапазоне на основе индукционного магнитного датчика IMS-008. XVI Международная конференция молодых ученых и студентов «Современные техника и технологии в научных исследованиях» 24-26 апреля 2024 г. Бишкеке, Кыргызская Республика, С.151-156.

Исполнители проекта