Кварцевые наклономеры и опыт их использования в геофизических исследованиях

Кварцевые наклономеры и опыт их использования
в геофизических исследованиях

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, г. Новосибирск, Россия

Автор для переписки: В.Ю. Тимофеев, e-mail: timofeevvy@ipgg.sbras.ru

Показаны возможности кварцевого приливного наклономера, рассмотрены различные способы калибровки приборов и приведены примеры измерений современных деформаций, приливных и техногенных движений. Получены оценки периодических термальных и техногенных наклонов постаментов, расположенных на поверхностных пунктах (глубина от 0 до 5 м). Измерения проводились в зоне водохранилища Иркутской гидроэлектростанции, при этом наклоны достигают 20–40 сек. дуги и отражают деформацию поверхности при изменении нагрузки водохранилища (вариации уровня 3–4 м). В области Усть-Балыкского нефтегазового месторождения (Западная Сибирь) годовые вариации составляют от 8 до 90 сек. дуги; они, как и быстрые изменения наклона величиной до 1 сек. дуги, связаны с условиями эксплуатации месторождения и вызывают колебания зданий в г. Нефтеюганск. Наблюдения в глубоких штольнях проводились на сейсмостанции Талая (Байкальский регион) и обсерватории Вальферданж (Люксембург). В таких условиях появляется возможность исследовать приливные деформации Земли и долговременные вариации наклонов и оценить косейсмические деформации. По наблюдениям наклонов на сейсмостанции Талая за период с 1985 по 2015 гг. получены оценки приливных параметров, проведено сравнение с моделями приливной деформации Земли и выделены особенности (фазовый сдвиг 9°), связанные со структурой Байкальского региона. Многолетний ход наклонов проанализирован с использованием упругих и упруго-вязких моделей геологической среды. Получены эффективные оценки вязкости зоны глубинного разлома 1019 Па⋅с и вариаций напряжений в земной коре 0.5 МПа. Полученные эффективные параметры могут быть использованы при моделировании тектонических, техногенных, косейсмических и постсейсмических процессов.

Ключевые слова: приливные кварцевые наклономеры, калибровка наклономеров, уровень техногенных наклонов, приливные деформации Земли и их аномалии, эффективные реологические параметры, Байкальский регион.

Цитируйте эту статью как: Тимофеев В.Ю., Тимофеев А.В., Ардюков Д.Г., Бойко Е.В. Кварцевые наклономеры и опыт их использования в геофизических исследованиях // Сейсмические приборы. 2019. Т. 55, № 3. C.24–47. https://doi.org/10.21455/si2019.3-2

Бойко Е.В. Вращения и деформации блоков земной коры по данным космической геодезии (Приморье, Байкальский рифт): Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2012. 16 с.

Буланже Ю.Д., Гриднев Д.Г., Давыдов В.И., Тененбаум С.Г., Власов Б.В. Кварцевый наклономер НК-1 // Приливные деформации Земли. М.: Наука, 1975. С.149–157.

Гриднев Д.Г., Барсенков С.Н., Гусева Ф.П. Наблюдение приливных наклонов в Обнинске макетом кварцевого наклономера // Приливные деформации Земли. М.: Наука, 1975. С.70–77.

Гриднев Д.Г., Сарычева Ю.К., Тимофеев В.Ю. Определение масштаба записи приливо-регистрирующего гравиметра GS-12 № 186 // Геология и геофизика. 1982. № 3. С.96–101.

Гриднев Д.Г., Сарычева Ю.К., Тимофеев В.Ю. Наклоны земной поверхности в районе водохранилища Иркутской ГЭС // Геология и геофизика. 1989. № 3. С.116–122.

Молоденский С.М. Приливы, нутация и внутреннее строение Земли. М.: ИФЗ АН СССР, 1984. 215 с.

Островский А.Е. Деформации земной поверхности по наблюдениям наклонов. М.: Наука, 1978. 184 с.

Попов В.В. О температурных деформациях земной поверхности // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1961. № 7. С.3–10.

Тимофеев В.Ю. Обобщение результатов долговременных деформографических и GPS-наблюдений для внутриплитных областей // Физика Земли. 2014. № 6. С.37–54.

Широков И.А. Исследование медленных и приливных наклонов земной поверхности в районах строительства плотин: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М.: ИФЗ АН СССР, 1969. 16 с.

Beaumont C., Berger J. Earthquake Prediction: Modification of the Earth Tide tilts and Strains by Dilatancy // Geophys. J. R. Astron. Soc. 1974. V. 39. P.111–121.

Beavan J., Bilham R. Thermally induced errors in fluid tube tiltmeters // J. Geophys. Res. 1977. V. 82. P.5699–5704.

Dehant V., Defraigne P., Wahr J.M. Tides for a convective Earth // J. Geophys. Res. 1999. V. 104, no. B1. P.1035–1058.

Ducarme B., Venedikov A.P., Arnoso J., Vieira R. Determination of the long period tidal waves in the GGP superconducting gravity data // Journal of Geodynamics. 2004. V. 38. P.307–324.

Ducarme B., Vandercoilden L., Venedikov A.P. The analysis of LP waves and polar motion effects by ETERNA and VAV methods // Bulletin Inf. Marées Terrestres. 2006. V. 141. P.11201–11210.

Ducarme B., Timofeev V.Yu., Everaerts M., Gornov P.Y., Parovishnii V.A., van Ruymbeke M. A Trans-Siberian Tidal Gravity Profile (TSP) for the validation of the ocean tides loading corrections // Journal of Geodynamics. 2008. V. 45, N 2-3. P.73–82.

Schiwiderski E.W. Atlas of Ocean Tidal Charts and Maps // Marine Geodesy. 1983. V. 6, no. 3–4. P.219–265.

Timofeev V.Y., Van Ruymbeke M., Woppelmans G., Everzaerts M., Zapreeva E.A., Gornov P.Yu., Ducarme B. Tidal gravity observations in Eastern Siberia and along the Atlantic coast of France // Journal of Geodynamics. 2006. V. 41. P.30–38.

Van Ruymbeke M., Beauducel F., Somerhausen A. The enviropmental data acquisition system (EDAS) developed at the Royal Observatory of Belgium // Cahiers du Centre Europeen de Geodynamique et de Seismologie. 1997. V. 14. P.163–174.

Van Ruymbeke M., Beauducel Fr., Somerhausen A. The Enviromental Data Acquisition System (EDAS) developed at the Royal Observatory of Belgium // Journal of the Geodetic Society of Japan. 2001. V. 47(1). P.125–147.

ТИМОФЕЕВ Владимир Юрьевич – доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, д. 3. Тел.: +7(383) 330-53-75. E-mail: timofeevvy@ipgg.sbras.ru

ТИМОФЕЕВ Антон Владимирович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, д. 3. Тел.: +7(383) 330-53-75. E-mail: timofeevav@ipgg.sbras.ru

АРДЮКОВ Дмитрий Геннадьевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, д. 3. Тел.: +7(383) 330-53-75. E-mail: ardyukovdg@ipgg.sbras.ru

БОЙКО Елена Валерьевна – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, д. 3. Тел.: +7(383) 330-53-75. E-mail: boykoev@ipgg.sbras.ru

English Translation: Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online),

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of SB RAS, Novosibirsk, Russia

Abstract. We discuss measurement opportunities of quartz tiltmeters. Testing methods for this system are discussed too. The sensibility of Gridnev tiltmeters is calibrated with studied tasks. Examples of modern motion, tidal and man-made deformation were shown. Estimations for periodical thermal and man-made basement’s tilts were estimated for surface station (depth varied from 0 to 5 meters). Tilt’s measurement near water-reservoir at Irkutsk Electric Power Station show 20–40 second of arc and this result is connected with loading reaction (3–4 meters water level variation). Tilt”s variation at Ust-Balyk gas-oil deposit (West Siberia) showed values from 8 to 90 second of arc. Long-term variations and quick changes (up to 1 second of arc) connected with the deposit exploitation produce buildings vibration at Nefteyugansk town. Observation of underground galleries, made at Talay seismic station (Baikal region) and at Walferdange observatory (Luxemburg). At this condition we have opportunity of studying the tidal deformation of Earth, long-term tilt variation and co-seismic deformation. As result of tilt observation at Talay station at 1985–2015, estimations of tidal parameters were received, testing of tidal model was developed and phase anomaly (9°) connected with Baikal rift structure was shown. Long-term tilt trend was analyzed in frame of viscosity-elastic geological models. Effective viscosity for fault zone was estimated as 1019 Pa⋅s value and stress variation in the crust was estimated as 0.5 MPa value. Effective rheology parameters may be used for modelling of tectonic, man-made load, co-seismic and post-seismic process.

Keywords: tidal quartz tiltmeters, testing of tiltmeter, man-made technical tilts, regional deformation of crust, tidal deformation of Earth and it’s anomalies, effective rheology parameters, Baikal region.

TIMOFEEV Vladimir Yurievich – Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Chief Researcher, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Russia, 630090, Novosibirsk, prosp. Ac. Koptyuga, 3. E-mail: timofeevvy@ipgg.sbras.ru

TIMOFEEV Anton Vladimirovich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Research Fellow, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Russia, 630090, Novosibirsk, prosp. Ac. Koptyuga, 3. E-mail:
timofeevav@ipgg.sbras.ru

ARDYUKOV Dmitriy Gennadievich – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Russia, 630090, Novosibirsk, prosp. Ac. Koptyuga, 3. E-mail: ardyukovdg@ipgg.sbras.ru

BOYKO Elena Valerievna – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Research Fellow, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Russia, 630090, Novosibirsk, prosp. Ac. Koptyuga, 3. E-mail: boykoev@ipgg.sbras.ru

Cite this article as: Timofeev V.Yu., Timofeev A.V., Ardyukov D.G., Boyko E.V. Quartz-tiltmeters and experience of their use for geophysical research, Seismicheskie Pribory, 2019, Vol. 55, no. 3, pp. 24–47. (in Russian). https://doi.org/10.21455/si2019.3-2

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2020, Volume 56.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. 2019. Том 55. № 3. C.24–47. https://doi.org/10.21455/si2019.3-2