Вариации компонент вектора индукции и горизонтального тензора перед землетрясением Тохоку 11 марта 2011 г. по данным японских геомагнитных обсерваторий

Abstract

Ця стаття є продовженням публікації [Бабак и др., 2013]. У вступній частині розглянуто джерела змінного магнітного поля, що спостерігається на поверхні Землі. Описані найдостовірніші випадки літосферної емісії, зареєстрованої перед сильними землетрусами в п’яти сейсмічних регіонах світу. Обговорено зміни електропровідності земної кори як провісники землетрусів. З виконаного огляду випливає перспективність використання як провісника землетрусів геомагнітних функцій відгуку (вектора індукції і горизонтального тензора), що реагують і на літосферну емісію, і на зміни електропровідності. Аналіз матеріалів 18 японських геомагнітних обсерваторій (6 з них — у радіусі 400 км від епіцентру землетрусу Тохоку) показав наявність інтенсивних шумів на періодах, менших за 500 с. Застосування для обчислення компонент функцій відгуку стійких до шумів алгоритмів тільки частково послабило їх вплив. Виконано великий обсяг обробки, у результаті створено базу даних функцій відгуку за 10—20 років для 18 японських обсерваторій. У ході обробки було знайдено різні похибки, причина яких не завжди зрозуміла. Детальна обробка секундних даних за 10 тижнів перед землетрусом Тохоку дала змогу виділити серію аномалій тимчасової поведінки функцій відгуку: за 7—9, 19—21, 33—36 і, можливо, ∼ 60 діб. Моменти аномалій амплітуди і фази злегка змінюються для різних періодів варіацій, різних компонент функцій відгуку, різних станцій. Така багатопланова поведінка, з одного боку, зумовлена впливом геомагнітної активності та внеском перешкод , з іншого — явно відчувається вплив провісників і косейсмічних явищ, що може відображати міграцію літосферної емісії та/або зміни електропровідності у літосфері Землі. Розшифрування подібної інформації може дати цінний матеріал для розуміння фізики підготовки землетрусів і виникнення провісників.

This work is a continuation of a work [Babak et al., 2013]. The sources of variable magnetic field observed at the surface of the Earth are presented in the introductory part . The most reliable cases of lithospheric emission registered before strong earthquakes are described for five seismic regions of the World. The changes of electrical conductivity of the Earth’s crust as a precursor of earthquakes are discussed. The review shows that geomagnetic response functions (induction vector and horizontal tensor) can be used as an earthquake precursor, which carry information both on lithospheric emission and changes in the electrical conductivity. Analysis of 18 Japanese geomagnetic observatories data (6 of them are away from the Tohoku earthquake epicenter less than 400 km) shows the presence of intense noise for periods less than 500 s. Application of noiseproof algorithms for calculation of response function components only partially reduced their influence. A large amount of processing was carried out and database of response functions for 10—20 years for 18 Japanese observatories was created. During the processing variety of record deficiencies were found, the cause of which is not always clear. Detailed processing of one-second data for 10 weeks before the Tohoku earthquake reveals anomalies of response functions temporal behavior: 7—9, 19—21, 33—36 and perhaps ∼ 60 days before the event. Moments of amplitude and phase anomalies vary slightly for different periods of variations, for different components of the response functions, for different stations. This behavior is caused, on one hand, by the influence of geomagnetic activity and the contribution of noise, on the other hand, it can be the manifestation of precursors and co-seismic events, and this behavior may reflect a migration of lithospheric emission and/or changes in the electrical conductivity of the Earth’s lithosphere. Decoding of this information can provide valuable information for understanding the physics of earthquake preparation and precursors formation.

Данная работа является продолжением статьи [Бабак и др., 2013], опубликованной в первом номере "Геофизического журнала". Во вводной части рассмотрены источники переменного магнитного поля, наблюдаемого на поверхности Земли. Описаны наиболее достоверные случаи литосферной эмиссии, зарегистрированной перед сильными землетрясениями в пяти сейсмических регионах мира. Обсуждены изменения электропроводности земной коры как предвестника землетрясений. Из выполненного обзора следует перспективность использования в качестве предвестника землетрясений геомагнитных функций отклика (вектора индукции и горизонтального тензора), реагирующих и на литосферную эмиссию, и на изменения электропроводности. Анализ материалов 18 японских геомагнитных обсерваторий (6 из них - в радиусе 400 км от эпицентра землетрясения Тохоку) показал наличие интенсивных помех на периодах короче 500 с. Применение для вычисления компонент функций отклика помехоустойчивых алгоритмов только частично ослабило их влияние. Выполнен большой объем обработки, в результате создана база данных функций отклика за 10-20 лет для 18 японских обсерваторий. В ходе обработки обнаруживались различные погрешности, причина которых не всегда понятна. Детальная обработка односекундных данных за 10 недель перед землетрясением Тохоку позволила выделить серию аномалий временного поведения функций отклика: за 7-9, 19-21, 33-36 и, возможно, ~ 60 сут. Моменты аномалий амплитуды и фазы слегка изменяются для разных периодов вариаций, разных компонент функций отклика, разных станций. Такое многоплановое поведение, с одной стороны, обусловлено влиянием геомагнитной активности и вкладом помех, с другой - явно чувствуется влияние предвестников и ко-сейсмических явлений, что может отражать миграцию литосферной эмиссии и/или изменения электропроводности в литосфере Земли. Расшифровка подобной информации может дать ценный материал для понимания физики подготовки землетрясений и возникновения предвестников.