Алтае-Саянский филиал ГС СО РАН - Обсерватории и полигоны

ОБСЕРВАТОРИИ, СТАЦИОНАРЫ

 

Быстровский вибросейсмический полигон

Стационар СО РАН «Быстровский вибросейсмический полигон» создан в     1979 г. для испытания невзрывных управляемых источников сейсмических волн – мощных вибраторов, предназначенных для исследования земной коры и мантии, проведение экспериментальных исследований по ряду фундаментальных проблем геофизики, таких как исследования напряженно-деформированного состояния геологической среды, разработка и опробование новых методов выявления предвестников опасных сейсмических событий, изучения нелинейного взаимодействия геофизических полей разной природы и. др.

При совместных исследованиях специалистов АСФ ГС СО РАН (и других филиалов ГС СО РАН), ряда Институтов СО РАН (ИНГГ, ИВМиМГ), ФГУП СНИИГГиМС и др. в последние годы с мощными (40-100-тонн силы) дебаланснымивибраторами в районе Быстровского вибросейсмического полигона получен ряд выдающихся результатов мирового уровня:

  1. От передвижных 40-60 тонных виброисточников получены коррелограммы с записями волн в первых вступлениях на удалениях  свыше 400км; от стационарных (100 тонн силы) – на удалениях 350-370км. Это открывает перспективы использования мощных виброисточников для глубинных сейсмических исследований и геофизического мониторинга сейсмоактивных зон.
  2. Создана новая технология детальных глубинных сейсмических исследований с использованием мощных стационарных и передвижных виброисточников и в северо-западной части Алтае-Саянского региона впервые в мире отработано несколько профилей глубинного сейсмического зондирования (в том числе сверхдетальный профиль глубинного сейсмического зондирования (ОГТ-ГСЗ) Быстровка-Новокузнецк).
  3. Разработаны и опробованы технологии по использованию мощных передвижных вибраторов для активного вибросейсмического мониторинга среды и инженерно-геофизических исследований (изучения сейсмостойкости зданий и сооружений.
  4. Совместно с ИВМи МГ СО РАН успешно завершен международный проект МНТЦ 1067, доказывающий возможность и перспективность применения мощных вибраторов для целей калибровки станций международной сейсмологической сети.
  5. Доказана возможность и эффективность группирования на малой апертуре тяжелых (40-60 тонн) дебалансных вибраторов, что открывает перспективы использования группы сборно-разборных вибраторов при работах ГСЗ и вибропросвечивании обширных сейсмоактивных регионов.
  6. Показано, что при монохроматическом воздействии вибраторов в низкочастотном диапазоне (8-10Гц) происходит существенное возрастание сейсмической эмиссии в более высокочастотном диапазоне (40-50Гц), в том числе и после отключения вибратора; это открывает возможности применения вибраторов для снятия сейсмических напряжений в массивах горных пород.

В разные периоды времени, в том числе и в настоящее время, в районе Быстровского вибросейсмического полигона проводились испытания различных конструкций мощных вибраторов- от стационарных гидрорезонансных (ГРВ -50 и ГРВ-200 с вибрационным усилием до 200 тонн) и дебалансных (100-тонн) вибраторов до передвижных 40-60-тонных вибраторов и мощных «плавающих» вибраторов, а также регистрирующей аппаратуры для вибросейсмических исследований земной коры и верхней мантии и геодинамических процессов.

Стационар расположен в Искитимском районе Новосибирской области, в 50 км от Академгородка. Общая площадь земли – 5000 кв. м., общая площадь строений на базе полигона – 215 кв.м., стоимость недвижимости, стоящей на балансе АСФ ГС СО РАН – 700 000 руб. Территория и оборудование полигона активно используются в научно-исследовательской работе.

 

Алтайский сейсмологический полигон

Алтайский сейсмологический полигон организован Алтае-Саянским филиалом Геофизической службы СО РАН и Институтом геофизики СО РАН в 2001году. Алтайский сейсмологический полигон состоит из обсерваторий, станций, наблюдательных сетей, баз для размещения полевых отрядов. Фактически охватывается большая часть территории Горного Алтая. Основными сейсмоактивными структурами, в пределах которых развернулись наблюдательные сети, являются: Чуйско-Курайская зона, западное обрамление Тувинской котловины (Шапшальский хр.), оз. Телецкое. Центром полигона является Чуйско-Курайская зона, где две небольшие впадины (Курайская и Чуйская) окружены системой горных хребтов и разделены Чаган-Узунским блоком. В настоящее время в данной зоне продолжается интенсивный афтершоковый процесс Чуйского землетрясения 27.10.2003 (М=7.3), являющегося крупнейшим землетрясением Алтае-Саянской области за время существования региональной сети станций. Наибольшая плотность сети станций имеется именно в этой зоне. В периферические области полигона сеть станций разряжается. На восточной окраине полигона находится Шапшальский хребёт, так же являющийся предметом исследований. Он характеризуется повышенной сейсмичностью по событиям малых и средних энергий. Кроме того, в этой зоне давно не наблюдались крупные землетрясения. Третьим объектом является район оз.Телецкое. Зона привлекает уникальностью геологического образования и ведущиеся здесь геофизические исследования могут существенно помочь в изучении тектонической модели развития региона.

На территории Алтайского сейсмологического полигона существует локальная сеть сейсмологических станций (15 цифровых станций) с 2002 года. Ранее на данной территории работало три станции. Начиная с 2002 года в летние периоды разворачивались сети временных станций, ориентированные на детальное изучение сейсмического процесса в Чуйско-Курайской зоне. Число станций ГС СО РАН в эти периоды достигало тридцати. На территории полигона с 2000 года ИГФ СО РАН ведутся регулярные GPSнаблюдения по пунктам сети станций и между ними. С 2003 года ИГФ СО РАН развёрнута сеть тектономагнитных наблюдений: два стационарных и 45 пунктов повторных наблюдений. На полигоне Кайтонак с 1990 года ИЛФ СО РАН ведутся наблюдения лазерным деформографом. ИАиЭ СО РАН с 2000 года проводятся измерения абсолютным лазерным гравиметром в трёх пунктах наблюдений. В Чуйской впадине с 2000 года ведутся гидрогеодинамические наблюдения по сети из 11 пунктов. В 2005 году ИГФ СО РАН проведены ультранизкочастотные электромагнитные наблюдения. Строение Чуйской впадины исследовано методами электроразведки и имеется объёмная модель её строения. В юго-западном углу Чуйской впадины выполнен сейсмический профиль и определено скоростное строение осадочной толщи. По этому же профилю выполнены электроразведочные исследования. Базовыми обсерваториями для размещения полевых отрядов являются «Акташ» и «Артыбаш».

В летний период на территории Алтайского сейсмологического полигона работает большое количество геологических и геофизических отрядов из многих институтов СО РАН и РАН (ИФЗ РАН, ИДГ РАН) и даже полевые отряды из соседних республик (Киргизия). Полигон хорошо доступен для транспортных средств, через него проходит Чуйский тракт (транспортная артерия из Западной Сибири в Монголию). Обсерватория «Акташ» - удобная база для международных проектов по исследованию российского и монгольского Алтая. Дальнейшее развитие полигона будет разумным как общероссийской экспериментальной базы по разработке методик прогноза землетрясений. Весьма важным дополнением экспериментального полигона будет сейсмическая группа малой апертуры. Необходимо улучшить приборное оснащение полигона, как по сейсмографам, так и по комплексу геофизических методов.

 

Обсерватория солнечно-земной физики

Обсерватория солнечно-земной физики АСФ ГС СО РАН (прежнее название – Комплексная геофизическая обсерватория) занимает важное место среди подобных обсерваторий Российской Федерации, являясь единственной обсерваторией на огромной территории Западной Сибири. Такие обсерватории имеют ИЗМИРАН, ПГИ КНЦ РАН, ИСЗФ СО РАН, ИКФИА СО РАН, ИКИР ДВНЦ РАН. Созданная в 60-х годах прошлого столетия обсерватория проводит исследования в области физики космических лучей, магнитного поля и ионосферы. Обсерватория расположена в 10 км к востоку от Академгородка на двух площадках: на одной находится станция космических лучей, а на другой - ионосферная станция и станция геомагнитных наблюдений (расстояние между площадками составляет 1,5 км). Обсерватория занимает следующие строения:

  • здание станции космических лучей со вспомогательными строениями и трансформаторной подстанцией;
  •  здание станции ионосферных и геомагнитных наблюдений со вспомогательными строениями и приемо-передающей антенной;
  • три павильона (технический, вариационный и абсолютный) для магнитных измерений на расстоянии около 400 м от основного здания;

На территории обсерватории  расположена сейсмическая станция «Новосибирск» АСФ ГС СО РАН, в здании которой также размещена приливная  станция ИНГГ СО РАН (государственный гравиметрический пункт) со стационарным пунктом GPS. В непосредственной близости от обсерватории находится астрономическая площадка Сибирского НИИ метрологии (СНИИМ).

В здании космических лучей Обсерватории размещен современный (уникальный) многоканальный наблюдательный комплекс космических лучей. Комплекс включает нейтронный супермонитор 24NM64, спектрограф космических лучей на эффекте локальной генерации нейтронов и матричный мюонный телескоп. Эффективная площадь сбора частиц  комплекса составляет 24 м2.  Многоканальный комплекс позволяет непрерывно получать информацию о вариациях интенсивности космических лучей в широком диапазоне энергий первичного излучения от 3 до 250 ГэВ. Комплексом непрерывно регистрируются практически все компоненты вторичных космических лучей в различных энергетических интервалах. Матричный мюонный телескоп комплекса обеспечивает регистрацию излучения с различных азимутальных направлений под различными углами к зениту от 0 до 71о.

В здании ионосферной станции установлен цифровой ионозонд "Парус" (разработка ИЗМИРАН) и аналоговая автоматическая ионосферная станция АИС с регистрацией ионограмм на кинопленку и визуально. Ионозонд "Парус" предназначен для зондирования ионосферы в режимах вертикального, наклонного, возвратно-наклонного и трансионоферного зондирования в автономном и автоматическом режиме по заданной программе. Конструкция ионозонда выполнена по модульному принципу. Основные параметры ионозонда задаются программно с помощью компьютера. Ионозонд "Парус" обеспечивает режим стандартной ионосферной станции, осуществляет автоматическое зондирование каждые 1, 5, 15, 30 мин. и 1 час

В магнитных павильонах размещен парк приборов для  выполнения двух видов магнитных измерений, обеспечивающих определение полного вектора магнитной напряженности с характерными временами от нескольких лет до 1 мин.:1. Измерения вариаций компонент поля, для чего используются:- цифровой феррозондовый трехкомпонентный вариометр LEMI-008, компоненты – X,Y,Z;- цифровая магнитовариационная станция ЦМВС "Кварц-09", компоненты – H,D,Z;- цифровой протонный магнитометр POS-1 на эффекте Оверхаузера, измеряется модуль поля F, - серия кварцевых вариометров Боброва с регистрацией на фотобумагу, компоненты H,D,Z,F. 2. Измерения абсолютных значений компонент магнитного поля, для чего используются:DI-магнитометры на базе немагнитного теодолита 3Т2КП и с феррозондовым датчиком в качестве нуль-индикатора компоненты - D(склонение) и I(наклонение), - DI-магнитометр на базе теодолита Theo-020B, - цифровой протонный магнитометр POS-1 на эффекте Оверхаузера,- протонный магнитометр АКМ.

В течение почти полувека получаемые обсерваторией результаты наблюдений  регулярно передаются в Международные центры данных по солнечно-земной физике (Москва, Эдинбург, Боулдер, Токио),а в рамках двухстороннего обмена – в ИЗМИРАН, ИСЗФ СО РАН, ИКФИА СО РАН, а также - в Росгидромет. В настоящее время результаты мониторинга одновременно выставляются на сервере ИЗМИРАН (Москва) и сервере ГС СО РАН (Новосибирск) в масштабе времени близком к реальному. Обсерватория входит в международную сеть станций космических лучей и международную сеть INTERMAGNET.

Многоканальные наблюдательные комплексы КЛ,  с одной стороны, обеспечивают получение информации о вариациях потока первичного излучения в различных областях энергий, а с другой дают возможность проводить мониторинг геофизических параметров в реальном времени. Так, комплексом  многоканальной  регистрации  станции  космических  лучей КЛ  «Новосибирск» во время полного солнечного затмения 1 августа 2008 г. выполнены комплексные наблюдения возмущений в ионосфере, атмосферном электричестве, магнитном поле, инфразвуке, концентрации озона, интенсивности космических лучей и метеопараметрах. Анализ данных показал, что эффект затмения проявляется практически во всех внешних оболочках (верхняя и нижняя атмосфера, приземный слой). По данным магнитного мониторинга на обсерваториях "Ключи" (г. Новосибирск), "Алма-Ата" и "Патроны" (г. Иркутск) исследованы вариации производной горизонтальной составляющей магнитного поля во время сильных геомагнитных возмущений и сделана оценка их возможного влияния на протяженные линии электропередач на территории Республики Казахстан.Отмечены особенности магнитных бурь, которые могут приводить  к перегрузкам в энергетических сетях. Во время запусков ракет-носителей с космодрома Байконур выполнялось интенсивное вертикальное  зондирование ионосферы в Новосибирске с периодичностью 20 с. Анализ данных, полученных по 9 пускам РН среднего и тяжелого класса, позволяет сделать следующие выводы: после запуска РН в течение примерно одного часа происходит частичная перестройка структуры ионосферы, которая проявляется в возникновении волновых возмущений ионосферы различного масштаба.