Разработка методов повышения эффективности использования геомагнитных вариаций в качестве предвестников землетрясений

Грантовый проект ИРН AP19679336

Руководитель проекта: Мендакулов Ж.К., PhD

Период реализации проекта: 2023-2025 гг.

Перед крупными землетрясениями вблизи их наблюдаются аномальные вариации геомагнитного поля. Эти вариации можно было бы использовать для целей прогноза землетрясений, если будет подтвержден локальный характер зарегистрированных возмущений.

Заявителем ранее был предложен и реализован способ совместной обработки данных различных обсерваторий сети INTERMAGNET с преобразованием результатов измерений из локальных координат лабораторий к единым планетарным координатам. Это позволило выделить источники геомагнитных возмущений внеземного происхождения. Их можно исключать из данных измерений, что создаёт предпосылки к выделению вариаций земного происхождения.

В качестве базовой гипотезы проекта выступает предположение о том, что величина вариаций геомагнитного поля должна быть тем больше, чем ближе точка наблюдения к эпицентру будущего землетрясения.

Цель проекта

Исследование методов разделения природы геомагнитных возмущений по источникам из ближнего космоса и земного происхождения для разработки способа определения координат крупных землетрясений по данным магнитной обсерватории «Алма-Ата» и международной сети геомагнитных обсерваторий INTERMAGNET.

Задачи проекта и ожидаемые результаты

Способ достижения цели проекта заключается в выделении из общего количества вариаций магнитного поля Земли (МПЗ) посредством исключения вариаций внеземного происхождения по методике, разработанной в Институте ионосферы, и выявлении связи уровня вариаций с расстояниями до эпицентров и магнитудой землетрясений.

Задачи 2023 года:

1 Формирование каталога сильных землетрясений, произошедших в регионах, в которых расположены магнитные обсерватории сети INTERMAGNET.

Результатом будет каталог землетрясений с привязкой к расположению станций INTERMAGNET, по которому будут выбираться периоды, за которые необходимо будет получить данные для обработки.

2 Получение данных сети INTERMAGNET с обсерваторий вблизи эпицентров землетрясений.

Результатом будет набор файлов.

3 Разработка программы для приведения файлов к единому формату представления данных.

Результатом будет программное обеспечение. Разные обсерватории ведут наблюдения с разными периодами регистрации (1 минута, 1 секунда и др.). Программа нужна для того, чтобы данные с быстрым темпом регистрации привести к формату данных с более медленным темпом регистрации, а также для выделения временных интервалов, в которых информация отсутствует. Это необходимо для исключения этих данных из обработки.

4 Приведение данных к одному формату.

Будет получен набор файлов, подлежащих обработке для выделения предвестников землетрясений.

Задачи 2024 года:

1 Получение данных сети INTERMAGNET с обсерваторий вдали от эпицентров землетрясений.

Эти данные необходимы для выявления вариаций МПЗ внеземного происхождения.

2 Конвертирование данных для приведения к единому формату представления.

Это необходимо, чтобы можно было совместно обрабатывать данные от станций, находившихся вблизи с эпицентрами землетрясений и вдали от них.

3 Разработка программ для удаления вариаций сигналов внеземного происхождения.

Результатом решения этой задачи будет программа и откорректированный набор файлов, пригодный для выделения предвестников землетрясений.

4 Разработка программы для корреляционной обработки геомагнитных данных.

Программа необходима для выделения возможных предвестников землетрясений.

5 Корреляционная обработка данных для выделения возможных предвестников.

Будут получены данные (для разных периодов корреляции) о возможных предвестниках землетрясений. Будет произведено сравнение характера вариаций (возможных предвестников), полученных при разных землетрясениях между собой.

Будут выявлены временные интервалы между появлением предвестников и тектоническими событиями.

Задачи 2025 года:

1 Обоснование выбора системы координат, привязанной к эпицентру землетрясения.

Будет проведена серия экспериментов по корреляции данных магнитных обсерваторий, находящихся вблизи эпицентра землетрясений. При этом будут преобразовываться данные из локальных систем координат к глобальным земным или региональным (связанным с координатами эпицентра) для получения максимальных коэффициентов корреляции. Это может помочь в определении координат эпицентра.

2 Выявление связи уровней вариаций предвестников с расстоянием до эпицентра землетрясения и его магнитудой.

Будет получен массив данных, пригодный для проверки гипотезы о связи уровней вариаций с расстояниями от обсерваторий до эпицентров.

3 Создание математической модели для расчёта координат эпицентра землетрясений.

Будет создана модель для расчёта координат эпицентров по амплитудам вариаций и координатам магнитных лабораторий.

4 Разработка программы для определения координат эпицентра землетрясений.

Будет разработано программное обеспечение.

5 Проверка точности определения координат эпицентров землетрясений.

Будут получены данные об ошибках при определении координат с помощью предложенной модели. Сделана оценка о возможностях применимости разработанного способа прогноза землетрясений.

Полученные результаты на 2024 год:

Был создан скрипт download_iaga.py на языке Python. Скрипт предназначен для автоматизированной загрузки данных из сервиса, который предоставляет данные в формате IAGA2002 для определённых обсерваторий за различные даты. Результаты по обнаружению значительного изменения магнитного поля при землетрясении были представлены на международной конференции: СТНО-2024. Результаты анализа геомагнитных вариаций с сейсмограммами землетрясений были представлены на международной конференции: СТНО-2024. Результаты анализа применения геомагнитных данных были представлены в статье КОКНВО. Получены конвертированные данные для приведения к единому формату представления. В системе Mathcad разработана программа AxRot.xmcd. Результаты по усреднению магнитограмм 82 магнитных обсерваторий были представлены на конференции EGU24. Разработано программное обеспечение в системе Mathcad: AxRot_Subtract.xmcd. На программное обеспечение было получено авторское свидетельство: № 48892. Разработана программа в системе Mathcad: AxRot_Corr.xmcd. На основе программы получены результаты по обнаружению десинхронизации в работе геомагнитных обсерваторий сети INTERMAGNET. Данные результаты в печати в Acta Geophysica. 24 сентября 2024 года в ННЦСНИ был проведен научный семинар по обсуждению полученных результатов. Был предложен способ преобразования системы координат геомагнитных обсерваторий и подано заявление о выдаче патента РК на полезную модель на упомянутый способ.

Список опубликованных работ:

Ivan Veniaminovich Vassilyev, Zhassulan Korabayevich Mendakulov, Inna Nikolaevna Fedulina, Beibit Tenelovich Zhumabayev Method for revealing the violation of synchronization in the operation of geomagnetic observatories of INTERMAGNET network // Acta Geophysica. – 2024. – Варшава https://doi.org/10.1007/s11600-024-01528-8

Шарапатов Ә. Жумабаев Б.Т. Садуов А.Б. Асирбек Н Геомагнитные данные и их использование при решении задач геонаук // Горный журнал Казахстана. – 2024. – №12. https://doi.org/10.48498/minmag.2023.224.12.004

Исполнители проекта