2023-2025 | 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
- Период реализации проекта: 2023-2025 гг.
- Руководитель проекта: Салихов Н.М., канд.физ.-мат. наук.
- Цель проекта: 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 (ULF) 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
Выполнена модернизация комплекса измерительного оборудования электромагнитных измерений диапазона ультранизких (ULF) частот и скважинных наблюдений на пункте Космостанция. Для непрерывных измерений геомагнитного поля установлен магнитный датчик индукционного типа IMS-008. Проведен тестовый мониторинг электромагнитных и скважинных измерений.
- 4 марта 2024 года произошло землетрясение магнитудой 6.1 (42,93° с.ш., 76,96° в.д.), эпицентр которого находился на расстоянии всего 12,2 км от комплекса измерительной аппаратуры Геофизической обсерватории. В городе Алматы, в 30 км от эпицентра, землетрясение ощущалось с интенсивностью 5–6 баллов по шкале MSK-64. В рамках подготовки к этому сейсмическому событию нами в режиме реального времени, за 8 дней до главного толчка, было зафиксировано появление характерного углубления в потоке гамма-излучения, измеренного на глубине 100 м, что с высокой вероятностью указывало на приближающееся землетрясение. Уменьшение (иногда увеличение) интенсивности гамма-излучения под землей определяется особенностями динамики эманации радона и радиоактивных продуктов его распада, что служит индикатором изменения напряженно-деформированного состояния горных пород при активизации сейсмического процесса. В связи с вниманием к аномальным эффектам в вариациях VLF/ULF электромагнитного как потенциальным предвестникам землетрясений был проведен анализ интенсивности ЕИЭМПЗ на очень низких частотах f = 7,5 кГц и f = 10,0 кГц, а также ультранизкочастотных волн в диапазоне 0,001–3 Гц. Для изучения возможности передачи возмущений из литосферы в ионосферу были привлечены данные мониторинга доплеровского сдвига частоты ионосферного сигнала. Подводя итоги настоящего исследования, можно заключить следующее:
Среди сигналов ЕИЭМПЗ, зарегистрированных на частоте f = 7,5 кГц при направлении ферритовой антенны регистратора в сторону эпицентра землетрясения, были обнаружены пресейсмические возмущения. За 13 суток до главного толчка было выявлено уменьшение амплитуды фоновой вариации ЕИЭМПЗ с нарушением характерного суточного ритма, за которым последовал отчетливый, в пять раз превышающий фоновый уровень, всплеск, произошедший за 2 суток до толчка. Аномальные вариации электромагнитных волн ULF-диапазона частот были зарегистрированы индукционным магнитным датчиком ИМС-008 при ориентации датчика в направлении эпицентра. Заметное увеличение амплитуды динамического спектра ULF, превышающее фоновый уровень более чем на 2 нТл, предшествовало землетрясению. За 8 суток до главного толчка в вариации ДСЧ ионосферного сигнала проявилось продолжительное бухтообразное понижение Показано, что геомагнитная буря класса G1 3 марта 2024 г. не оказала влияния на интенсивность ЕИЭМПЗ. Это было установлено путем одновременного мониторинга вариаций ЕИЭМПЗ однотипными геофизическими регистраторами (МГР-02-16), расположенными на различном расстоянии от эпицентра землетрясения.
Выявлена последовательность появления возмущений, сначала в вариациях потока гамма-квантов в подпочвенных слоях горных пород и ЕИЭМПЗ, отражающих динамику активизации тектонических процессов в литосфере, а затем в ДСЧ ионосферного сигнала. Наблюдаемая квазиодновременность появления аномалий в различных геофизических полях перед землетрясением повышает уверенность о связи каждого конкретного эффекта с процессом подготовки данного сейсмического события. Комплексный анализ экспериментальных наблюдений значительно расширил возможности интерпретации взаимно подтверждающих данных, полученных вблизи эпицентра, как сейсмогенных аномалий, предшествующих землетрясению.
2. Выбраны и обоснованы теоретические подходы для объяснения структуры электромагнитного поля вблизи поверхности земли. Получен полный набор уравнений, который описывает, электромагнитные поля (ЭМП), распространяющиеся прямо над землей, особенно на очень низких частотах (порядка одного герца и ниже). Эта система уравнений показывает, что такие низкочастотные ЭМП, распространяющиеся в тонком слое воздуха, неразрывно связаны и генерируются токами, текущими внутри самой Земли. Такой подход отличается от использования уравнений Максвелла в квазистационарном приближении для описания электромагнитных процессов, поскольку в таком приближении электромагнитные волны в атмосфере распространяться не могут 3. Обеспечена автоматизированная загрузка данных непрерывного мониторинга вариаций геофизических полей. Создан комплекс программ для управления измерительными системами и автоматизации анализа результатов измерений, и загрузки данных в единую информационную базу в реальном времени.
Список опубликованных работ
Salikhov, N.; Shepetov, A.; Pak, G.; Nurakynov, S.; Ryabov, V.; Zhukov, V. Seismogenic Effects in Variation of the ULF/VLF Emission in a Complex Study of the Lithosphere–Ionosphere Coupling Before an M6.1 Earthquake in the Region of Northern Tien Shan //Geosciences. – 2025. – 15. – 203. https://doi.org/10.3390/geosciences15060203. (Scopus Q2, Percentile –73)
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. – V.14(7). – 192; https://doi.org/10.3390/geosciences14070192. (Scopus Q2, Percentile –73)
-Участие и публикации в конференциях
Салихов Н.М., Пак Г.Д., Нуракынов С.М., Щепетов А.Л. Сейсмогенные эффекты в вариациях геофизических полей перед землетрясением магнитудой М6.1 в регионе Северного Тянь-Шаня. Сб.тезисов «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений» XIV Международной конференции, с. Паратунка, Камчатский край. 2025. С. 79-80.
Пак Г.Д., Салихов Н.М., Нуракынов С.М., Щепетов А.Л. Экспериментальный комплекс для исследований аномальных эффектов в геофизических полях в регионе Северного Тянь-Шаня. Сб.тезисов «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений» XIV Международной конференции, с. Паратунка, Камчатский край. 2025. С.58-60.
Салихов Н.М., Пак Г.Д., Нуракынов С.М. Эффекты солнечных вспышек и геомагнитной супербури 10 мая 2024 года в вариациях доплеровского сдвига частоты ионосферного сигнала, геомагнитного поля и теллурического тока. Сб.тезисов
«Международный симпозиум «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД-2025)». С. 123.
Пак Г.Д., Салихов Н.М., Нуракынов С.М. Ионосферные эффекты в доплеровском сдвига частоты на внезапные начала геомагнитных бурь. Сб. тезисов «Международный симпозиум «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД-2025)». С. 140.
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». Южно-Сахалинск, Россия. 2024. С.80. https://doi.org/10.30730/978-5-6044483-5-9.2024-8
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». Южно-Сахалинск, Россия. 2024. С.81. https://doi.org/10.30730/978-5-6044483-5-9.2024-8
N.M. Salikhov, G.D. Pak, S.M. Nurakynov. Ionospheric disturbances associated with the 6 February 2023 Mw7.8 Turkey earthquake. Сборник тезисов «Международный симпозиум атмосферная радиация и динамика» (МСАРД – 2023). Санкт-Петербург 2023. — С.247-249.
Salikhov N.M., Pak G.D., Nurakynov S.M. Manifestations of geomagnetic storms in variations of the gamma-ray in the near-surface atmosphere. XV Международной Крымской конференции «Космос и Биосфера», Симферополь, 9-12 октября 2023 года. С. 102-104. Pak G.D., Salikhov N.M., Nurakynov S.M. Biotropic action of the natural background radiation on the human body. XV Международной Крымской конференции «Космос и Биосфера», Симферополь, 9-12 октября 2023 года. С.38-40.
