Отчет по исследованию аномалий геомагнитного поля в Тункинской долине и западного побережья о. Байкал в 2014



Скачать 300.65 Kb.
страница1/3
Дата04.05.2016
Размер300.65 Kb.
  1   2   3
Отчет

по исследованию аномалий геомагнитного поля

в Тункинской долине и западного побережья о.Байкал) в 2014
Аннотация

В данном отчете представлены результаты исследований аномалий геомагнитного поля Байкальской рифтовой зоны.

Работы проводились на базе Института солнечно-земной физики СО РАН сотрудниками ИСЗФ СО РАН, АСФ ГС СО РАН, ИКИР ДВО РАН.

В 2014 году был проведен анализ архивных материалов по исследованию магнитного поля о.Байкала. Наиболее полным является исследование А.Вознесенского, который обобщил магнитные наблюдения начиная с XVIII в. Впервые проведена экспедиция по измерению трех компонент геомагнитного поля на западном побережье центральной части о.Байкал. Проведены повторные абсолютные измерения в районе обсерватории «Торы» Тункинской долины.

Подтверждено наличие сильной магнитной аномалии в районе обс. «Торы», обнаруженной в во время нашей экспедиции 2010г. Магнитное склонение на расстоянии менее 3 км изменяется на 2.50.

Впервые проведен анализ векового хода в Тункинской долине (р-он обс. Торы, 2010-2014 гг.). Изменения во всех трех компонентах магнитного поля и в Иркутске и в Торах идут в одном направлении: значения F и Z увеличиваются, H - уменьшаются, D - также уменьшается. При этом скорость изменения значений магнитного поля в Торах в среднем в 2 раза выше и эта скорость увеличивается.

Используя данные, полученные во время экспедиции 2014г., а также архивные данные выяснено, что граница магнитной аномалии центрального Байкала лежит около 52.60 с.ш. по оси Иркутск-Ольхон-Ушканьи о-ва

Работы проводились в рамках выполнения проекта регионального конкурса РФФИ -СИБИРЬ (№ 14-45-04088 р_сибирь_а – «Исследование пространственно-временной структуры неоднородностей электромагнитного поля Байкальской рифтовой зоны».


Введение

Байкальская рифтовая зона (БРЗ) находится на границе Ангарской плиты Алданского щита и Забайкальской плиты, которые, активно взаимодействуя между собой, способствуют формированию Байкальской впадины, а также прилегающих к Байкалу территорий. Байкальская рифтовая зона включает в себя котловину озера Байкал, Тункинскую долину до о.Хубсугул – на юге. В районе Байкальского рифта есть все признаки растяжения и сжатия: в котловине Байкала и в долине В. Ангары— растяжение; в Тункинской долине— сжатие.



Байкал имеет многие черты, присущие океану: абиссальные глубины, громадную массу воды, внутренние волны, приливы, сильные штормы, высокие волны, расширение котловины за счет раздвижки берегов, аналогичное расхождению континентов Африки и Южной Америки, большие величины магнитных аномалий и др.

Исходя из этого Байкал представлял большой интерес в плане изучения магнитных аномалий, но, к сожалению, до сих пор нет детального описания поведения геомагнитного поля в БРЗ. Исследования проводились эпизодически, без согласованного плана.



Директор магнитной обсерватории г.Иркутска А.В.Вознесенский обобщил магнитные наблюдения на о.Байкал , проведенные до 1905г в своей работе «Магнитные наблюдения на озере Байкал» (из книги «Лоция и физико-географический оерк озера Байкал» Изд.Гл.Гидр.Управление, С.-Петербург, 1908, 40 с.) Данные по магнитному склонению получены более чем 40 пунктах в Байкальском регионе. Все данные приведены к эпохе 1903 г.

В Иркутске магнитные измерения проводились эпизодически. Впервые измерение магнитных склонений в Иркутске произвел Делиль в 1735 г. В начале XIX в. наблюдение проводились Шубертом, Врангелем и др. В 1896—1902 гг.измерения выполнялись Ф. К. Дриженко. С 1887 г. начала работу магнитная обсерватория «Иркутск». Вековой ход по имеющимся в нашем распоряжении данным представлен на рис.1.


Рис.1. Вековой ход геомагнитного поля в Иркутске 1735-1887-2014 гг.

Стрелочкой отмечено начало работы Магнитной обсерватории «Иркутск»
В 1977 г. экспедиция Института океанологии им. П. П. Ширшова с судна «Г. Ю. Верещагин» провела первые магнитные съемки с корабля. Руководил экспедицией старший научный сотрудник, кандидат географических наук Е. Г. Мирлин.

В 70-е гг., в связи с дальнейшим освоением Байкала, назрела острая необходимость создания современных навигационных карт и лоции озера Байкал. Для этого потребовалось провести новые исследования на озере с применением высокоточных методов и средств гидрографии. Проводились также и магнитные наблюдения. Такие исследования и были выполнены на Байкале в 1979–86 гг. комплексным экспедиционным отрядом, выделенным из 1-ой Тихоокеанской океанографической экспедиции (ТОЭ), базировавшейся в г. Находке. В 2000 г. основные картографические материалы экспедиции были срочно затребованы из Владивостока и Находки в Санкт-Петербург в Центральное картографическое производство ВМФ. Наши усилия по получению материалов этих исследований не привели к желаемому результату.

Таким образом с 80-х годов прошлого столетия массовые магнитные измерения в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) для изучения магнитного поля практически не проводились.

Кроме того, данные по магнитному полю БРЗ – это только аномалии модуля индукции F, частично дополненные вариационными профильными измерениями компонент H и Z. Измерения полного вектора магнитного поля (компоненты D, I, Z, F) не выполнялись.

В связи с этим в 2009-2010 гг. в рамках выполнения проекта регионального конкурса РФФИ -СИБИРЬ ( № 08-05-98073 р_сибирь_а - «Исследование электромагнитных и теллурических аномалий Байкальской рифтовой зоны») проводились абсолютные измерения компонент магнитного поля (F, D, I, H, Z) в центральной в Байкальской рифтовой зоне.

Результаты, полученные во время экспедиционных работ в 2009-2013:•



  • Значительное различие векового хода по магнитному склонению D на обс.Узуры (о.Ольхон) и на обс.Патроны в период времени с 2009 по 2012 гг.

  • Впервые обнаружена значительная магнитная аномалия в районе обс. Торы. Пространственное изменение магнитного поля поперек Тункинской долины (расстояние 6 км в направлении север-юг) составляет: для H-компоненты – понижение от южного края к северному примерно на 400 нТл; для D-компоненты – увеличение D на 3° с южного края к северному. •

  • Выдающейся особенностью распределения F по измерениям вдоль специальных профилей на о.Ольхон является наличие двух сильных аномалий поля амплитудой более 200 нТл. Линейная протяженность обоих аномалий – около 0.5 км. •

  • Наблюдаются аномалии в амплитудном режиме при синхронном наблюдении иррегулярных пульсаций Pi2 в районе БРЗ по отношению к материковым данным. Амплитуда этих колебаний одинакова на станциях Тункинской долины (около 50 пТл) и максимальна на ольхонской станции Узур (около 150 пТл), которая расположена в непосредственно в районе БРЗ.

Следует отметить, что в проведенных работах не ставилась цель интерпретации или геофизического анализа результатов измерений. Данные районы являются чрезвычайно сложными геологическими и геофизическими структурами. При этом высокоточные компонентные магнитные измерения в этих районах практически не проводились.

Основной целью работы 2014 г. в Байкальской рифтовой зоне является получение максимально точных и достоверных данных с использованием аппаратуры мирового уровня, современных методик наблюдения и обработки данных.


Экспедиционные измерения в октябре-ноябре 2014.

в Тункинской долине (Торы) и западного побережья о.Байкал (Сарма, Танжераны) в октябре-ноябре 2014

В октябре-ноябре. в рамках проекта РФФИ проводились измерения абсолютных компонент магнитного поля (F, D, I, H, Z) в Тункинской долине (поперечный профиль в районе обс. Торы) и западного побережья центральной части о. Байкал ( в районе п.Сарма, Танжераны,МРС). Измерения проводились в конце октября-начале ноября 2014. В Тункинской долине было проведено 10 абсолютных наблюдений в трех точках , на западном побережье о.Байкал 10 наблюдений в 4 точках

Проведенные экспериментальные наблюдения выявили наличие магнитных аномалий и сложную структуру их распределения.

Используемая аппаратура и методика измерений

В эксперименте использовалась следующая аппаратура, применяемая при магнитных измерениях

1. Оверхаузеровский протонный магнитометр POS-1 - это высокоточный прибор, основанный на эффекте Оверхаузера (рис.2). Предназначен для измерения модуля геомагнитного поля. Магнитометр может использоваться как для проведения пешеходных съемок, так и в качестве стационарной вариационной станции.

Во время экспедиции использовались магнитометр POS-1 (разработка Лаборатории квантовой магнитометрии УГТУ-УПИ, г.Екатеринбург):


pos

Рис.2. POS-1 в обсерваторском варианте
POS-1 (№335) в обсерваторском варианте исполнения, включает в себя датчик и электронный блок, соединенные кабелем длиной около 3 м, кабель связи с компьютером длиной 10 м, регистрирующий ноутбук IRU и систему автономного питания.

2. DI-магнитометр Theo-015B Mag01H является геофизическим прибором, который предназначен для измерения склонения D и наклонения I вектора индукции магнитного поля Земли (рис.3). Основная область применения DI-магнитометра – научные и прикладные исследования на магнитных обсерваториях. В состав аппаратуры входят: 1) немагнитный теодолит сер.№ 2028 с феррозондовым датчиком №488 2) электронный блок № 0867 Н



dscn2448

Рис.2. . DI-магнитометр Theo-015B Mag01H в стандартной комплектации
Основные технические характеристики:

  1. чувствительность феррозондового датчика в режиме

измерения "нулевого сигнала" 1 нТл

  1. СКО измерения углов немагнитным теодолитом 5

  2. шкала деления микрометра 1

Методика измерений DI-магнитометром стандартная, рекомендованная Интермагнетом и дополненная в части астрономических измерений, включающая следующие процедуры:

  • измерение с помощью магнитометра POS горизонтального и вертикального градиента модуля полного вектора поля F,

  • установка штатива (не ближе 50 м от автомобилей), установка теодолита, нивелировка, снятие координат над штативом с помощью GPS

  • выбор Миры (удаленной метки) – либо объекты на склонах сопок, либо деталь на удаленном автомобиле, либо специальная закрепленная вешка

  • подключение ЭБ, проведение двух серий DI-измерений (рис.4):

    • 2 отсчета по ГК (горизонтальному кругу) на Миру

    • 4 отсчета по ГК для склонения

    • 2 отсчета по ГК (горизонтальному кругу) на Миру

    • вычисление положения магнитного меридиана на ГК

    • 4 отсчета по ВК (вертикальному кругу) для наклонения

  • теодолит со штативом аккуратно убирается, на его месте измеряется модуль F (с помощью POS-1)

  • демонтаж, погрузка в автомобиль

p1050573

Рис.4. Проведение абсолютных наблюдений
Калибровка, сверка и тестирование аппаратуры

Применяемая при магнитных наблюдениях аппаратура прошла сверку на XVI Совещании IAGA (г.Хайдерабад, Индия) по инструментам, системам сбора и обработки на магнитных обсерваториях в октябре 2014г.

Совещание является фактически единственной специализированной площадкой международного уровня, где возможно провести калибровку и сверку магнитометрической аппаратуры и встретиться с ведущими магнитологами, которые разрабатывают стандарты и определяют пути развития мировой сети Intermagnet.

Во время измерительно-инструментальной сессии были произведены калибровочные и сверочные измерения с использованием деклинометров/инклинометров, протонных магнитометров.

Проведена калибровка следующих приборов Магнитной обсерватории «Иркутск»:

- Деклинометр/инклинометр на базе теодолита Zeiss Theo-010B с феррозондом Mag-01H разработки фирмы Bartington

- Цифровой протонный магнитометра POS-1 на эффекте Оверхаузера (разработка УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург).

Сверка приборов проводилась сотрудником Магнитной обсерватории ИСЗФ СО РАН «Иркутск»Липко Ю.В. (рис.5) и руководителем Магнитной обсерватории ИКИР ДВО РАН С.Ю. Хомутовым.

По результатам проведенных наблюдений приборы признаны соответствующими требованиям INTERMAGNET и получен Сертификат (см. Приложение 1
_dsc2386dscn2593

Рис.5. . Проведение абсолютных наблюдений для сверки деклинометра/инклинометра

Ю.В. Липко на XVI совещании IAGA г.Хайдерабад (Индия)
Определение азимута Миры

Для определения магнитного склонения необходимо было знать астрономический азимут Миры (удаленной метки). В то же время, наклонение получалось сразу в абсолютном смысле.

Для определения азимута Миры использовался геодезический метод – азимут вычислялся по геодезическим координатам пункта, где выполняются магнитные измерения, и координатам Миры. Геодезические координаты определялись с помощью GPS-навигатора Garmin GPSmap62s.. Азимут вычислялся для эллипсоида в системе WGS84. В качестве Миры в этом случае использовался удаленный объект (дерево, камень, дорожный знак).

Проведенное исследование показало, что при расстоянии до Миры более 1 км, точность определения азимута не хуже 0.5-1.0’.

При вычислении H и Z по измеренным I и F делалось предположение, что эти величины относятся к одному моменту времени. Поскольку поле было относительно спокойным, погрешности таких экстраполяций не ожидаются существенными.

В целом погрешности измерений оцениваются в 0.5 нТл, 1 угл.мин. и 0.2 угл.мин. по F,D,I, соответственно.

На рис.6 представлены моменты проведения абсолютных наблюдений.

dscf3852dscf3874

Рис.6. Проведение DI-наблюденийЮ.В. Липко (слева) и

измерение F над штативом М.И. Смехновой (справа).

Координатно-временное обеспечение

Координаты определялось с помощью GPS-навигатора Garmin GPSmap62s. Координаты навигатор определял внутренней погрешностью 3 м. Система координат – WGS84.

Время фиксировалось по электронным наручным часам по локальному времени LT=UT+8 час.,

Время при измерениях отсчитывалось по наручным электронным часам и GPS-навигатору



Вспомогательное оборудование

Для перемещения использовался два автомобиль «Соболь». Фотография представлена на рис.7.

В экспедиции использовался ноутбука IRU для непрерывной регистрации полного вектора магнитного поля во время проведения абсолютных наблюдений и предварительных расчетов.

Для обеспечения автономного питания использовались аккумуляторы 12В. Во время экспедиции велась фотосъемка.



p1050560

Рис.7. Автомобиль «Соболь» и водитель В.К. Юров.

Условия во время экспедиции, выбор точек наблюдений

Геомагнитная активность и вариации магнитного поля Земли в период эксперимента.

Геомагнитная обстановка во время магнитной съемки является весьма существенным фактором, определяющим корректную интерпретацию полученных результатов.

В табл. 1 представлен трехчасовой К индекс, полученный по данным обс.Иркутск (Патроны) за дни проведения наблюдений, а также для полноты картины – за день до и день после наблюдений. Интервалы, в которые проводились наблюдения, выделены серым цветом. В целом магнитную обстановку можно характеризовать как слабовозмущенную.


Дата

2014


Период времени (UT)

0-3

3-6

6-9

9-12

12-15

15-18

18-21

21-24

28 окт

3

2

2

2

3

3

3

2

29 окт

3

2

2

2

2

3

3

2

30 окт

3

3

1

2

2

2

2

3

31 окт

3

3

1

2

2

1

3

3

6 ноябр

3

3

2

2

2

2

2

3

7 ноябр

4

3

1

3

2

2

2

3

8 ноябр

3

3

2

2

3

2

1

3

9 ноябр

3

2

2

1

1

3

3

3

Табл.1. Трехчасовой индекс геомагнитной активности К по обс «Иркутск»

(п.Патроны) за 28-31 октября и 6-9 ноября 2014 г.
На рис.8 представлены вариации D-, H- и Z-составляющих поля на обсерватории "Иркутск" (Патроны) (1-минутные данные). Периоды наблюдений выделены прямоугольными рамками.
irkoct29_2014irkoct30_2014

irknov07_2014irknov08_2014

Рис.8 Вариации D,H,Z-составляющих поля Иркутске (время UT)
Метеорологические условия

Благодаря теплой осени удалось провести наблюдения в конце октября – начале ноября. Погода стояла солнечная. Ветер слабый. Температура в течение дня менялась от -50С до +5-+100С.



Выбор профилей для магнитной съемки, их характеристика

Предварительный маршрут для проведения профильных измерений был определен исходя из результатов наблюдений 2009-2014 гг. Учитывалось также, что для острый дефицит времени.

Наиболее интересным и доступным местом для предварительных наблюдений в Тункинской долине было выбран район обсерватории Торы. По наблюдениям 2010 года было получено, что магнитное склонение в направлении север-юг на расстоянии около 6 км составляет 30, что является сильной аномалией. Эта аномалия отсутствует на картах магнитного склонения и не подтверждена из других источников. Необходимо было провести повторные наблюдения. Карта Тункинской долины с нанесенными проведения абсолютных наблюдений пунктами представлена на рис. 9.
tory2

Рис.9. Карта с нанесенными пунктами проведения абсолютных наблюдений в

Тункинской долине в 2014 году.
Выбор пунктов наблюдений на западном берегу Байкала объясняется следующими обстоятельствами. Во время экспедиций в 2009-2010 гг., а также эпизодических наблюдений в 2011-2013 гг., достаточно подробно (расстояние между пунктами порядка 5-10 км) была проведена магнитная съемка центральной акватории о.Байкал (наблюдения на льду) и о.Ольхон (за исключением недоступных на автотранспорте мест). Выяснилась значительное отличие в значениях компонент магнитного поля со значениями, получаемыми на опорной магнитной станции "Иркутск". Так магнитное склонение D по данным станции "Иркутск" составляет чуть более -30, а по результатам экспедиций от -5.50 до -70. Магнитная обсерватория расположена на Ангарской плите Алданского щита, в то время о.Байкал и остров Ольхон входит в состав Байкальской рифтовой зоны. Была сделана попытка на основе магнитных наблюдений определить район перехода от магнитной аномалии рифтовой зоны к области основного, "регулярного" магнитного поля. Карта центральной части западного побережья о.Байкал с нанесенными проведения абсолютных наблюдений пунктами представлена на рис. 10.
sarma

Рис.10 Карта с нанесенными пунктами проведения абсолютных наблюдений на западном берегу о.Байкал в 2014 году.

  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница