В настоящее время в рамках научной тематики НС РАН и МНИЦ-ГП начата реализация двухлетней программы "пилотного" проекта электромагнитного (ЭМ) мониторинга с использованием двух широкодиапазонных измерительных станций Phoenix MTU-5D System 2000. Работы по данному проекту выполняются на основе соглашения канадской компании Phoenix и Научной станции РАН, заключенного в конце 2002 года, причем, все расходы по организации и проведению мониторинга несет Научная станция, используя свои внутренние резервы, компания Феникс безвозмездно передала Научной станции два комплекта своей аппаратуры на два года. Такое взаимовыгодное соглашение стало возможным благодаря высокому уровню и международному авторитету магнитотеллурических исследований, осуществляемых Научной станцией почти 20 лет.

Цель проекта - создание межрегиональной системы магнитотеллурического мониторинга сейсмоактивных районов Центральной Азии на базе аппаратуры Phoenix MTU-5D System 2000.

Этапы выполнения проекта:

1. 1-й этап - поставка двух комплектов измерительных станций MTU-5D System 2000 в Бишкек для НС РАН.
2. 2-й этап - осуществление "пилотных" геофизических исследований в рамках проекта создания межрегиональной системы магнитотеллурического мониторинга сейсмоактивных районов Центральной Азии на базе аппаратуры Phoenix MTU-5D System 2000 в течение 2003-2004 гг.
3. 3-й этап - осуществление долговременного магнитотеллурического (МТ) мониторинга сейсмоактивных районов Центральной Азии на базе аппаратуры Phoenix MTU-5D System 2000.

Основная задача "пилотного" этапа проекта - организация эффективно функционирующей мониторинговой МТ-системы на базе аппаратуры Феникс MTU-5D на территории Северо-Тяньшаньской сейсмогенерирующей зоны в индустриально развитом и густонаселенном районе Бишкекского геодинамического полигона.

 Анализ полученных измерений позволит выявить определенные участки и глубины исследуемой территории как наиболее чувствительные элементы неравновесной динамической системы, что важно для понимания сейсмо-тектонического процессов и их проявлений в потоке регистрируемых KNET-данных. В дальнейшем такие элементы (зоны) можно рассматривать в качестве потенциальных индикаторов изменения электромагнитных свойств среды, связанных с процессами подготовки землетрясений и требующих самого детального изучения. Пространственная локализация структурных особенностей, а также проведение экспресс-наблюдений и анализа поведения этих структур во времени создадут объективную основу для создания эффективной ЭМ-мониторинговой сети регионального масштаба.

 Современные представления о сейсмотектоническом процессе дают веские основания использовать наблюдения за поведением естественных и искусственных электромагнитных полей на поверхности Земли для мониторинга геодинамических процессов. Здесь существуют два подхода. Первый - выявление электромагнитных сигналов, генерируемых механоэлектрическими и другими преобразованиями при подготовке землетрясений. Второй - выявление изменений геоэлектрического разреза под воздействием тектонических процессов. Второй подход может быть реализован с помощью магнитотеллурических методов. До настоящего времени данный подход сдерживался в основном невысокой точностью получения передаточных функций МТ-поля, точность определения этих параметров составляла в лучшем случае 10-15%. Такая точность, например, соизмерима с величиной максимальных предвестниковых аномалий электросопротивления, выявленных с помощью контролируемых источников электромагнитного поля на Бишкекском геодинамическом полигоне [1].

 С 1982 года Научная станция РАН осуществляет режимные электромагнитные наблюдения на базе методов ВЭЗ, ЧЗ и ЗСД на территории Бишкекского геодинамического полигона площадью 150х100 км. Этот эксперимент показал, что за весь период наблюдений максимальные изменения электросопротивления (от 5 до 20%), как правило, наблюдались перед произошедшими в контролируемой зоне землетрясениями класса К>10.

Рис.1. Бишкекский геодинамический полигон: расположение стационарных пунктов проведения электромагнитного мониторинга ЗСД и опытно-методических МТЗ с помощью аппаратуры Феникс MTU-5D. Рельеф построен на основе 1 км DEM.

Продолжительность аномалий была различной в разных пунктах и на разных глубинах - от 20 суток до трех месяцев, а площадь, на которой проявляются аномалии, составляет от 200 до 400 км2. Таким образом, мы имеем объективные предпосылки для детектирования вариаций электросопротивления на разных глубинах и оценивания их связи с сейсмотектоническим процессом используя современную технологию МТЗ в комбинации с методом ЗС. Несомненно, вопрос точности измерений и определения контролируемых геофизических параметров является основополагающим при создании конкретной мониторинговой системы и определяет насколько же метод МТЗ может быть эффективен для исследования сейсмотектонического процесса в земной коре для данного региона исследований. Дополнительный оптимизм здесь придает тот факт, что компанией "Phoenix Geophysics" разработана высокоточная измерительная система нового поколения MTU-5D для проведения непрерывных электромагнитных наблюдений, позволяющей каждому получать магнитотеллурические передаточные функции на заданном пункте с точностью не хуже 1-2% [2].

 Для стационарной МТ-системы чрезвычайно важна стабильность аппаратурного отклика. На рис.2 показаны амплитудно-фазовые частотные характеристики магнитного канала MTU-5D с индукционными датчиками МТС-50. Проведенные в разное время три калибровки и различные тестовые проверки всех измерительных каналов и датчиков показали высокую стабильность измерительной системы Феникс MTU-5D, так изменения аппаратурных характеристик за время этих проверок не превысили 0.5%.

 Известно, что при наличии шумов в измерениях оценки МТ-параметров могут быть значительно смещены [3]. Методика, позволяющая уменьшить ошибки смещения за счет использование взаимной корреляции между двумя пунктами синхронной регистрации, называется методикой МТ-наблюдений с удаленной базой (remote reference) [4]. Ее суть состоит в проведении синхронных измерений по двум дополнительным независимым каналам Rx и Ry. В качестве базисных каналов обычно выбирают измерения с магнитных датчиков, расположенных на расстоянии от нескольких сотен метров до 100-200 км от точки зондирования, в зависимости от основных источников шумов и помех. Для подавления эффекта инструментальных шумов достаточно удаления на десятки метров. Для территории Бишкекского геодинамического полигона, характеризующегося высоким уровнем промышленных помех, базисную точку необходимо относить на расстояние не менее 50 км, для превышения радиуса корреляции полей-помех. Если шумы не коррелированны с полезными сигналами, оценки МТ-параметров, полученные из системы линейных уравнений с использованием базисных каналов, будут несмещенными, т.к. в выражения входят только взаимно-спектральные плотности мощности.

На рис.3 показаны кривые зондирования для выбранных дней в пункте наблюдения Таш-Башат. Верхний график представляет результаты одиночной обработки, нижний график демонстрирует результаты обработки с использованием информации удаленной базовой точки Иссык-Ата. Явное улучшение качества кривых, как эффект remote reference обработки, можно отчетливо видеть на рисунке, особенно в высокочастотном диапазоне. Полученный результат говорит о присутствии сильных локальных помех в пункте Таш-Башат, влияние которых на передаточные функции удалось существенно снизить с помощью удаленной базовой точки.

 Возникает вопрос, какие компоненты тензора импеданса, и в каком интервале периодов, лучше использовать для мониторинга геоэлектрического разреза? С этой целью, в качестве примера, рассмотрим результаты непрерывной 3-х суточной регистрации МТ-поля в пункте Кемин (рис. 4). Для анализа стабильности определения кажущегося сопротивления выполнен анализ значений кажущегося сопротивления полученных на основе 2-х часовых выборок для частот 110; 11.25; 1.03125 Гц. В результате статистической обработки установлено, что более надежно передаточные функции определяются для частоты 11.25 Гц. На данной частоте математическое ожидание кажущегося сопротивления rxy=161; среднеквадратичное отклонение = 4.96. Для фазы Zxy, соответственно, 37.06 и 0.969 градусов. Менее устойчивое определение кажущегося сопротивления на частоте 1.03125 Гц, по-видимому, объясняется тем, что в диапазоне частот 1-0.1 Гц вариации МТ-поля являются наименее интенсивными.

 Аналогичную картину изменчивости оценок кажущегося сопротивления мы имеем в пункте Чон-Курчак (рис. 5). В 4-х суточной реализации отчетливо проявляется период около 24 часов, что может отражать факт модуляции электрического сопротивления приливными колебаниями (деформациями) литосферы. Известно, что в спектре лунно-солнечных приливов присутствуют две (23.9 и 24.1 часа) и 12.0-часовая составляющие, которые определяют суточный ход прилива [5].

Рис.5. Временная изменчивость модуля кажущегося сопротивления (. - rxy, + - ryx) и фазы импеданса (. - Zxy, + - Zyx) для частоты 11.25 гц в пункте наблюдения Чон-Курчак. Начало регистрации - 17 августа 2003 г. 19 часов местного времени.

 Важность изучения влияния на регистрируемые параметры таких внешних факторов, как деформации земных (литосферных) приливов связана с тем, что возможность детектирования твердых приливов определяет минимально допустимый порог разрешающей способности в системе мониторинговых наблюдений с точки зрения оценки влияния деформационных процессов. Поэтому потребуется дополнительный, более длительный эксперимент и количественная оценка связи приливных деформаций с изменениями электрического сопротивления, что, в конечном итоге, может подтвердить значимость данной причины для объяснения таких короткопериодных вариаций сопротивления.

 В заключении хотелось бы отметить, что представленные здесь первые практические результаты дают нам определенный оптимизм и уверенность в информативности использования электромагнитных полей искусственного и естественного происхождения как инструмента слежения за сейсмотектоническим процессом на территории Бишкекского геодинамического полигона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баталев В.Ю., Брагин В.Д., Зейгарник В.А., Зубович А.В., Матикс А.И., Орленко Н.Н., Рыбин А.К., Трапезников Ю.А. и др. - Монография: Проявление геодинамических процессов в геофизических полях - М., Наука, 1993, 158 с.
2. Remote reference research - automated MT station, Phoenix Geophysics Newsletters, Issue 20, p. 3. Website: www.phoenix-geophysics.com
3. Бердичевский М.Н., Безрук И.А., Сафонов А.С. Магнитотеллурические методы. Электроразведка. Справочник геофизика. Москва, Недра, 1989, Т.1. С. 261-310.
4. Goubau W.M.,Gamble T.D.,Clarke J. Error analysis for remote reference magnetotellurics // "Geophysics", 1979, v.44, N 5, 959-968.
5. Мельхиор П. Земные приливы. М.: Мир, 1968.