НОВЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СЕЙСМОТЕХНОЛОГИИ академик С. Н. БАГАЕВ, профессор В.А. ОРЛОВ Институт лазерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия Доклад посвящен проблеме обеспечения экологической безопасности человека и природы За последние 50 лет накоплен обширный материал по признакам подготовки сильных землетрясений. Однако прогноз этих катастрофических явлений остается одной из актуальных нерешенных проблем наук о Земле. Современная наука и техника не позволяют с высокой достоверностью определять силу, место и время сейсмического события.

ПРИЧИНЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ Установлено, что подготовка землетрясений, в первую очередь, связана с процессами деформирования земной коры, а само сейсмическое событие – это результат внезапного высвобождения упругой энергии, накопившейся в геофизической среде вследствие деформации. Изменение хода деформационного процесса может фиксироваться на десятках или сотнях километров от очага в зависимости от силы готовящегося землетрясения.

Для регистрации динамики развития деформационных процессов в сейсмоактивных зонах необходимы устройства, позволяющие с высокой чувствительностью и в непрерывном режиме измерять малые относительные деформационные смещения горных пород. С этой целью в ИЛФ СО РАН разработан оригинальный автоматизированный лазерный деформограф. Двухканальный He-Ne лазерный деформограф.

Созданная аппаратура и методика деформографических измерений защищена патентами РФ. Отмечена дипломами и медалями на международных выставках.

НАЗНАЧЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ДЕФОРМОГРАФА Разработанный для измерений в условиях штольни автоматизированный лазерный деформографический комплекс обладает в присутствии атмосферы высокой относительной чувствительностью к малым перемещениям в широком диапазоне периодов колебаний с. Этот комплекс является новым эффективным средством для изучения напряженно-деформированного состояния земной коры, сопровождающего землетрясения. Измерительный комплекс позволяет регистрировать: -собственные и приливные колебания Земли; - детерминированные суточные вариации микродеформационного шума; -особенности деформационных процессов в земной коре, сопровождающих сейсмичность.

ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Совместное использование лазерного деформографического мониторинга и методов инженерной сейсмологии позволяет эффективно контролировать состояние народно-хозяйственных объектов, представляющих экологическую опасность Плотина Саяно-Шушенской ГЭС Аварийный блок Чернобыльской АЭС

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЛАЗЕРНОГО ДЕФОРМОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В ходе непрерывных многолетних наблюдений зарегистрирован ряд особенностей в поведении деформационного процесса в земной коре накануне сильных региональных и далеких землетрясений. Особенности, регистрируемые в деформационных сигналах на фоне естественного приливного процесса, проявляются за несколько часов или суток в виде различных возмущений: «бухтообразных» деформаций, микродеформационного шума, квазипериодических пульсаций с периодом колебаний 0.5 – 3 часа.

Одним из примеров, демонстрирующих возможности лазерного деформационного мониторинга, является регистрация развития сейсмического очага сильного (К>15) землетрясения, произошедшего в акватории о. Байкал 27 августа 2008 года в 01:35:31 GMT на удалении S~30км от станции наблюдения. Южная часть акватории озера Байкал с пунктом лазерных наблюдений, расположение сейсмического очага и тектонических разломов.

Деформограммы зарегистрированные за период с по : А – В сигналы измерительных плеч, расположенных в направлении, соответственно, Север-Юг и Восток-Запад; С – прямая разность двух сигналов За два месяца до землетрясения в измерительном плече, ориентированном в направлении Восток-Запад, зарегистрирован немонотонный деформационный дрейф, соответствующий растяжению с абсолютным значением 25 мкм.

Вариации деформационного шума в полосе от 20 до 40 секунд накануне близкого землетрясения в Байкальской Рифтовой Зоне. Накануне регионального землетрясения микродеформационный шум приобретает аномальное поведение. Это выражается в возникновении дополнительных цугов 19 августа и за трое суток перед землетрясением 24 августа. Физическая природа генерации шума неизвестна, но подобное поведение накануне региональных землетрясений отмечается неоднократно.

Полусуточные приливные гармоники в ортогонально расположенных плечах А и B и, соответственно, C и D - амплитуды их огибающих. Е - график деформационного отклика Обнаружено изменение упругих свойств горных пород накануне землетрясения, заключающееся в резком возрастании на % деформационного отклика земной коры за трое суток перед сейсмическим событием.

ЛАЗЕРНЫЙ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НА АЛМАТИНСКОМ ПРОГНОСТИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ Целью совместных работ является изучение геодинамических процессов земной коры, сопровождающих сейсмичность и предполагает: - создание сети пунктов лазерных наблюдений на Алматинском прогностическом полигоне; - регистрацию деформационных предвестников землетрясений; - разработку методических основ краткосрочного прогноза землетрясений. Исполнители: Институт лазерной физики СО РАН Россия. НПК «Прогноз» ГУ «Казселезащита» МЧС РК, ТОО «Физико-технический институт» РК.

Схема расположения двухканального лазерного деформографа в штольне на полигоне «Талгар» Координаты штольни (43°18N, 77°14E); Длина измерительных плеч: 22,75 м; Длина компенсационного плеча (эталона длины) : 0,93 м.

Технические характеристики лазерного деформографического комплекса Мощность лазерного излучения - 1мВт. Рабочая длина волны - 0,63 мкм. База измерений - до 200 м. Количество каналов - 2. Относительная чувствительность Условия измерений - открытая атмосфера. Привязка к абсолютному времени - через GPS приемник

Лазерный источник измерительного комплекса

Лазерный деформограф в штольне «Талгар».

Измерительное плечо лазерного деформографа

Ввод в эксплуатацию лазерного деформографа

Используя выход в интернет система позволяет обрабатывать данные деформографических измерений в реальном времени и управлять работой лазерного измерительного комплекса из любой точки Земли. Беспроводная система передачи данных

Рабочее место специалиста по камеральной обработке данных деформографических измерений и управлению лазерным деформографом в ТОО ФТИ.

Рабочее место специалиста по камеральной обработке данных деформографических измерений и управлению лазерным деформографом в ИЛФ СО РАН.

Фрагменты деформограмм с приливными колебаниями Земли Измерения на «Талгарском» полигоне

Обеспечение непрерывных деформографических наблюдений в режиме реального времени позволит совместными усилиями специалистов из Казахстана и России восполнить недостаток информации о признаках подготовки сильных землетрясений. Поскольку в ближайшие годы на территории Алматинской области ожидается активизация сейсмичности, целесообразно внедрение лазерного деформографического мониторинга в специализированных штольнях других пунктов наблюдения («Медео», «Курты», «Тургень»). Кроме того, необходимо комплексировать лазерный деформографический мониторинг с другими методами наблюдений, такими, как сейсмологический, гравиметрический, магнитометрический, сейсмо-акустический и GPS технологии. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД В СЕЙСМО-ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ