Лаборатория методов сейсмопрогноза

Зав. лабораторией к.г.-м.н. Тубанов Цырен Алексеевич Лаборатория методов сейсмопрогноза создана в 1991 г. под руководством д.г.-м.н. Г.И. Татькова, основавшего новое для института направление исследований, связанное с актуальными вопросами сейсмотектоники и сейсмического риска. Ключевыми факторами, способствовавшими становлению лаборатории в 90-е годы, явились сочетание прикладных и фундаментальных направлений в тематике работ лаборатории, использование самых современных аппаратурных и методических разработок СО РАН.

Состав лаборатории

Основные научные направления:

• физические поля Земли, их природа, взаимодействие и интерпретация в связи с сейсмичностью;
• современная геодинамика, исследование глубинного строения литосферы, движений и напряженного состояния земной коры;
• сейсмический прогноз и оценка сейсмического риска.

Важнейшие результаты за 2017-2020 годы

Исследование сейсмичности по данным локальной сети сейсмонаблюдений

По данным локальной сети наблюдений за период 2001 – 2015 годы установлено, что большинство слабых землетрясений (менее 8 энергетического класса) локализуются в виде обособленных в пространстве групп событий (рис. 1). Наиболее представительная группа эпицентров располагается полосой вдоль восточного берега оз. Байкал. Характерной чертой сейсмичности является наличие групп, роев землетрясений, крупные события сопровождаются достаточно многочисленными афтершоками. В целом, полученные данные свидетельствуют разномасштабном характере сосредоточенной и рассеянной сейсмичности.

Рис. 1. Землетрясения по данным локальной сети наблюдения за 2001-2015 годы

Наличие в центральной части Байкальского рифта уплотненной сети сейсмостанций позволяет детально исследовать механизмы и условия затухания сейсмических волн непосредственно в очаговых областях землетрясений. Для расчета добротности разработана программа, реализующая метод нормализации. Получены детальные оценки затухания прямых S-волн (QS-1) и кода-волн (QC-1) в земной коре и верхней мантии; были получены значения сейсмической добротности (QS и QC), частотного параметра (n), коэффициента затухания (?). Рассчитанные значения сейсмической добротности по коде (QC) сопоставимы с величинами QC, характерными для тектонически активных регионов мира, и согласуются с данными, полученными ранее в работах [Добрынина и др., 2011, 2016; Dobrynina et al., 2016] для Южнобайкальской впадины: QC(f)=(95±11)•f0.89±0.08.

Анализ пространственных вариаций затухания на разных частотах показывает мозаичное распределение параметра сейсмической добротности и коэффициента затухания в пределах рассматриваемого региона – области с высоким затуханием чередуются со сравнительно узкими районами со слабым затуханием (рис. 2).

Рис. 2. Пространственные вариации параметра поглощения, сейсмической добротности (QC) на частотах 1–2 Гц

Исследование глубинного строения Байкальской рифтовой зоны и сопредельных территорий

Для центральной части Байкальского рифта впервые получены детальные сведения о сложной внутренней структуре сейсмоактивного слоя. Распределение гипоцентров землетрясений имеет компактный характер и ограничено глубиной 19-21 км, что в пределах Селенгинской аккомодационной зоны определяет кровлю нижней коры с хрупко-пластическими свойствами (рис. 3).

Рис. 3. Распределение гипоцентров землетрясений вкрест Байкальского рифта (в плоскости сейсмического разреза ГСЗ [Сун Юншен и др., 1996]) и в вдоль акватории оз. Байкал (скоростная модель по Ten Brink, 2001) на частотах 1–2 Гц

На основе накопленных цифровых записей далеких землетрясений, используя данные одиночных стационарных сейсмостанций локальной сети проводится исследование глубинного строения земной коры и верхней мантии Земли с использованием методики приемных функций. Она состоит в выделении обменных волн, образующихся на границах в недрах Земли, при прохождении через них объемных (продольных и поперечных) волн от далеких землетрясений. По данным широкополосных сейсмостанций ГИН СО РАН, расположенных в центральной части Байкальского рифта, с использованием методики совместного обращения обменных волн Ps и Sp, получены глубинные распределения скоростей Vp, Vs и их отношения (Vp/Vs) для земной коры и верхней мантии до глубин 300 км. Инверсией приемных функций до глубины h = 300 км рассчитаны скорости продольных и поперечных сейсмических волн, а также их отношения (рис. 4).

Рис. 4. Скорости продольных и поперечных волн и отношение скоростей в коре и верхах мантии по результатам совместной инверсии приемных функций в районе сейсмостанции MXM (справа), карта эпицентров землетрясений, вошедших в инверсию (слева вверху), стек PRF, где красным обозначены сигналы от границ раздела (внизу слева)

Активный (вибросейсмический) мониторинг

На основе низкочастотного центробежного сейсмического вибратора ЦВ-100 с усилием до 100 т.с. производится многовекторное виброзондирование (рис. 5), с целью выявления аномалий напряженно-деформированного состояния сейсмоактивной среды. Экспериментально показано, что использование малых сейсмических групп позволяет проследить вибрационный сигнал на удалениях до 500 км.

Рис. 5. Слева - схема вибросейсмического мониторинга и очаги землетрясений за 1952-2012 гг. Справа - вариации времен пробега сейсмических волн на трассах от вибратора на сейсмостанции: а - Тырган (tig), б - Турунтаево (tur), в - Фофаново (ffn), г – Хурамша (hrm)

Инструментальный мониторинг зданий и сооружений с использованием модального метода диагностики

Разработан метод оценки соответствия зданий и сооружений проектным решениям с учетом натурных динамических характеристик. Метод основан на калибровке физико-прочностных параметров конечно-элементных моделей существующих зданий на основе полного набора динамических параметров: частоты и формы колебания; параметры демпфирования; амплитуды усиления колебаний; скорости распространения деформационных волн (рис. 6).

Рис. 6. Слева вверху - 11-этажное здание серии КУБ-2.5, блок секция №1,2. Справа вверху - расчетная модель здания. Внизу - экспериментальные и расчетные годографы распространения поперечной волны по зданию

Моделирование глубинной флюидо-магматической динамики

Разработана флюидная модель формирования мантийных плюмов (рис. 7). При эмиссии газа из ядра Земли происходит его накопление на границе ядро–мантия в виде линз, которые при достижении критического размера прорываются в мантию и мигрируют к поверхности. Создается относительно стационарный трансмантийный поток флюида с границы ядро–мантия, прогревающий мантию и взаимодействующий с ней. В основании прочной литосферы поток останавливается и распространяется по латерали, вызывая плавление с формированием магматических резервуаров, массово внедряющихся и изливающихся при достижении критических размеров.

Рис. 7. Эволюция системы ядро-мантия-литосфера при формировании флюидных плюмов

Основные публикации

Монографии

• Kovalevsky V.V., Glinsky B.M., Khairetdinov V.S., Fatyanov A.G., Karavaev D.A., Braginskaya L.P., Grigoryuk A.P., Tubanov T.A. Active vibromonitoring: experimental systems and fieldwork results. Active Geophysical Monitoring, 2-d edition, Elsevier, 2020 pp. 207-222. DOI: 10.1016/B978-0-08-102684-7.00003-0
• Sankov V.A., Dobrynina A.A. Active Faulting in the Earth’s Crust of the Baikal Rift System Based on the Earthquake Focal Mechanisms. In: D'Amico S. (eds) Moment Tensor Solutions. Springer Natural Hazards. Springer, Cham. P. 599-618. https://doi.org/10.1007/978-3-319-77359-9_27

Свидетельства

• Предеин П. А., Тубанов Ц. А. «NoiseCalibration: Программа для калибровки сейсмометров методом эталонного канала» // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2020662114. Российская Федерация. Правообладатели: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Сибирского отделения Российской академии наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Единая геофизическая служба Российской академии наук» (ФИЦ ЕГС РАН). – Заявка № 2020661083; дата поступления: 30.09.2020; дата регистрации: 08.10.2020. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем»
• В.И. Васильев, Н.С. Жатнуев, Е.В. Васильева Vladi Gead – программа для теплофизических расчётов в диапазоне плюмовая адиабата – региональная геотерма // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019667677. Российская федерация. Правообладатель ФГБУН ГИН СО РАН (RU). – №2019666681; заявл. 16.12.2019; зарегистр. 26.12.2019; опубл. 26.12.2019. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», № 1.
• Санжиева Д. П.-Д., Предеин П. А., Тубанов Ц. А., Базаров А. Д. База сейсмологических данных Среднебайкальского района Байкальской рифтовой зоны за 2001-2013 гг. // Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2019621509. Российская Федерация. Правообладатели: ФГБУН ГИН СО РАН, ФГБУН ФИЦ «Единая геофизическая служба РАН". – Заявка №2019621000; дата поступления: 13.06.2019; дата регистрации: 27.08.2019. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», № 3. – 1 с.
• Васильев В.И. Vladi DisTerm – программа для двумерного моделирования теплового возмущения термоградиентной среды при внедрении магматического мигранта // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2019617548. Российская федерация. Правообладатель ФГБУН ГИН СО РАН (RU). – №2019616467; заявл. 03.06.2019; зарегистр. 17.06.2019; опубл. 17.06.2019. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», № 6.
• Васильев В.И. Vladi Joint – программа для статистического моделирования поведения систем случайных поднимающихся флюидозаполненных трещин (полостей) в пластичной среде // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2019613716. Российская федерация. Правообладатель ФГБУН ГИН СО РАН (RU). – №2019612638; заявл. 14.03.2019; зарегистр. 21.03.2019; опубл. 21.03.2019. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», №4.
• Васильев В.И., Васильева Е.В., Жатнуев Н.С. Vladi OverPressure – программа для параметрического моделирования образования и эволюции мантийно-корового мигранта // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2019613814. Российская федерация. Правообладатель ФГБУН ГИН СО РАН (RU). – №2019612231; заявл. 06.03.2019; зарегистр. 22.03.2019; опубл. 22.03.2019. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», №4.
• В.И. Васильев, Н.С. Жатнуев, Е.В. Васильева Vladi Distat – программа для расчёта двумерных распределений физических полей и вязкости земной коры // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2018664295. Российская Федерация. Правообладатель ФГБУН ГИН СО РАН (RU). – №2018662448; заявл. 06.11.2018; зарегистр. 14.11.2018; опубл. 14.11.2018. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», № 11.
• В.И. Васильев Vladi Collision – программа моделирования коллизии литосферных плит // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2018664801. Российская Федерация. Правообладатель ФГБУН ГИН СО РАН (RU). – № 2018662091; заявл. 01.11.2018; зарегистр. 22.11.2018; опубл. 22.11.2018. – Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем», № 12.

Статьи в рецензируемых зарубежных и отечественных журналах

• German E. I., Thydypov Sh. B. Recognition of the Crystal Structure Clusters in Fast-Cooled Amorphous Medium // Solid State Phenomen. 2020. V. 310. P. 140–144. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.310.140
• Dobrynina, A.A., Sankov, V.A., Tcydypova, L.R., German, V.I., Chechelnitsky V.V., Ulzibat M. Reply to the comment by Alexander G. Sorokin, Anatoly V. Klyuchevskii on “Hovsgol earthquake 5 December 2014, MW?=?4.9: seismic and acoustic effects” by Anna A. Dobrynina, Vladimir A. Sankov, Larisa R. Tcydypova, Victor I. German, Vladimir V. Chechelnitsky, Ulzibat Munkhuu. J Seismol., 2020. DOI: 10.1007/s10950-020-09946-z
• Базаров А.Д., Лундэнбазар Б., Иванов И.А. Оценка динамических характеристик каркасного здания при воздействии техногенной вибрации. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость, 2020. Т. 10. № 1. С. 46-53. DOI: 10.21285/2227-2917-2020-1-46–53.
• Базаров А.Д., Лундэнбазар Б., Комаров А.К., Иванов И.А. Оценка динамической реакции каркасного здания под воздействием микросейсмического шума в г. Улан-Баторе // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость, 2020. Т. 10. № 2. С. 198–205. DOI: 10.21285/2227-2917-2020-2-198-205.
• Ковалевский В.В., Фатьянов А.Г., Караваев Д.А., Брагинская Л.П., Григорюк А.П., Мордвинова В.В., Тубанов Ц.А., Базаров А.Д. Исследование и верификация скоростных моделей земной коры методами математического моделирования и активной сейсмологии // Геодинамика и тектонофизика, 2019. Т. 10. №. 3. С. 569–583. DOI: https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-3-0427
• German E.I., Tsydypov Sh.B., Damdinov B.B. Calculation of Argon Compressibility at Different Cooling Rates // High Temperature, 2019. V. 57. № 1. P. 27–31. DOI: 10.1134/S0018151X19010115
• Добрынина А. А., Предеин П. А., Саньков В. А., Тубанов Ц. А., Санжиева Д. Д., Горбунова Е. А. Добрынина А. А. и др. Пространственные вариации затухания сейсмических волн в Южнобайкальской впадине и прилегающих областях (Байкальский рифт) // Геодинамика и тектонофизика, 2019. Т. 10. №. 1. С. 147–166. DOI: https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0408
• Мордвинова В.В., Кобелев М.М., Хритова М.А., Турутанов Е.Х., Кобелева Е.А., Трынкова Д.С., Цыдыпова Л.Р. Глубинная скоростная структура южной окраины Сибирского кратона и Байкальский рифтогенез // Доклады Академии наук, 2019. Т. 484. № 1. С. 93–97. DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-56524841
• Мороз Ю.Ф., Логинов В.А. Глубинная геоэлектрическая модель Авачинско-Корякской группы вулканов на Камчатке // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2019. № 2. Вып. 42. С. 9–24. DOI: 10.31431/1816-5524-2019-2-42-9-24
• Васильев В.И., Васильева Е.В., Жатнуев Н.С., Санжиев Г.Д. Параметры образования и эволюции мантийно-корового мигранта // Геоинформатика, 2019. № 2. С. 34–42.
• Дергач П.А., Тубанов Ц.А., Юшин В.И., Дучков А.А. Особенности программной реализации алгоритмов низкочастотной деконволюции // Сейсмические приборы, 2018. Т. 54. № 3. С. 22–34. DOI: 10.21455/si2018.3-2 (https://elibrary.ru/item.asp?id=35666470)
• Добрынина А.А., Саньков А.В., Шагун А.Н. Сезонные вариации амплитудно-частотных характеристик микросейсмических колебаний по данным сейсмических станций байкальской сети // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых, 2018. Т. 41. № 3. С. 22–34. DOI: 10.21285/2541-9455-2018-41-3-22-34
• Масальский О.К., Гилева Н.А., Хамидулина О.А., Тубанов Ц.А. Прибайкалье и Забайкалье // Землетрясения России в 2016 году. Обнинск, 2018. С. 39–44.
• Мороз Ю.Ф., Самойлова О.М. О геоэлектрическом различии Курило-Камчатского и Беринговоморского сегментов Тихоокеанской зоны перехода // Геодинамика и тектонофизика, 2018. Т. 9. № 2. С. 489–501. DOI: 10.5800/GT-2018-9-2-0357
• Мороз Ю.Ф., Улыбышев И.С. О глубинной электропроводности районов Шанучского медно-никелевого и Агинского золоторудного месторождений на Камчатке // Вулканология и сейсмология, 2018. № 4. С. 63–72. DOI:10.1134/S0203030618040053
• Мороз Ю.Ф., Гонтовая Л.И. О глубинном строении Южной Камчатки по геофизическим данным // Геодинамика и тектонофизика, 2018. Т. 9. № 4. С. 1147–1161. DOI:10.5800/GT?2018?9?4?0387.
• Dobrynina, A.A., Sankov, V.A., Tcydypova, L.R., German, V.I., Chechelnitsky V.V., Ulzibat M. Hovsgol earthquake 5 December 2014, Mw=4.9: seismic and acoustic effects // J Seismol., 2018. V. 22. № 2. P. 377–389. DOI: https://doi.org/10.1007/s10950-017-9711-z
• Базаров А.Д., Лундэнбазар Б., Иванов И.А., Дамдинова Д.Р. Сейсмометрический мониторинг технического состояния зданий типовой застройки в г. Улан-Батор // Вестник ВСГУТУ, 2017. №3. С. 21–27.
• Бартанова С.В., Перевалов А.В., Цыденов А.Б. Измерение потока радона на поверхности Земли с использованием угольных сорбентов // Вестник ВГУ. серия: геология, 2017. № 3. C. 82–87.
• Винник Л.П., Орешин С.И., Цыдыпова Л.Р., Кобелев М.М., Хритова М.А., Мордвинова В.В., Тубанов Ц.А. Кора и мантия Байкальской рифтовой зоны по данным приемных функций продольных и поперечных волн // Геодинамика и тектонофизика, 2017. Т. 8. № 4. С. 695–709.
• Гилёва Н.А., Мельникова В.И., Середкина А.И., Радзиминович Я.Б., Тубанов Ц.А. Туркинское землетрясение 16 июля 2011 г. с КР=14.5, Mw=5.2, I0=7–8 (Центральное Прибайкалье) // Землетрясения Северной Евразии, 2011 год. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2017. С. 370–378.
• Добрынина А.А., В.А. Саньков, В.В. Чечельницкий, Цыдыпова Л.Р., Герман В.И. Сейсмоакустические эффекты Хубсугульского землетрясения 5 декабря 2014 г. с Mw=4.9 // Доклады Академии наук, 2017. Т. 477. № 6. С. 711–715.
• Добрынина А.А., Саньков В.А., Девершер Ж., Чечельницкий В.В. Факторы, влияющие на затухание сейсмических волн в литосфере в зонах континентального рифтогенеза // Геодинамика и тектонофизика, 2017. Т. 8. № 1. С. 107–133. DOI: 10.5800/GT?2017?8?1?0234.
• Масальский О.К., Гилёва Н.А., Хамидулина О.А., Тубанов Ц.А. Результаты сейсмического мониторинга различных регионов России. Прибайкалье и Забайкалье // Землетрясения России в 2015 году. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2017. С. 41–46.
• Мельникова В.И., Гилёва Н.А., Середкина А.И., Радзиминович Я.Б., Тубанов Ц.А. Заганское землетрясение 1 февраля 2011 г. КР=13.2, Mw=4.7, I0=6 (Забайкалье) // Землетрясения Северной Евразии, 2011 год. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2017. С. 314–322.
• Мороз Ю.Ф., Гонтовая Л.И. Глубинное строение Камчатки по результатам МТЗ и сейсмотомографии // Тихоокеанская геология, 2017. Т. 36. № 5. С. 44–58.
• Мороз Ю.Ф., Логинов В.А, Улыбышев И.С. Глубинная геоэлектрическая модель Больше-Банной гидротермальной системы на Камчатке //Вулканология и сейсмология, 2017. № 5. С. 37–48.
• Мороз Ю.Ф., Самойлова О.М. Особенности регионального и локального береговых эффектов в магнитотеллурическом поле Камчатки // Геофизические исследования, 2017. Т. 18. № 3. С.81–94.
• Мороз Ю.Ф., Самойлова О.М. Результаты двумерной инверсии данных магнитотеллурического зондирования по региональному профилю «Южный» (Камчатка) //Вестник Краунц. Науки о Земле, 2017. № 2. Вып. 34. С. 14–91.
• Павленко О.В., Тубанов Ц.А. Характеристики излучения и распространения сейсмических волн в Байкальской рифтовой зоне, оцененные посредством моделирования акселерограмм зарегистрированных землетрясений // Физика Земли, 2017. № 1. С. 20–33.
• Саньков В.А., Парфеевец А.В., Мирошниченко А.И., Бызов Л.М., Лебедева М.А., Саньков А.В., Добрынина А.А., Коваленко С.Н. Позднекайнозойское разломообразование и напряженное состояние юго-восточной части Сибирской платформы // Геодинамика и тектонофизика, 2017. Т. 8. № 1. С. 81–105. DOI: 10.5800/GT-2017-8-1-0233.
• Predein P.A., Dobrynina A.A., Tubanov Ts.A., German E.I. CodaNorm: A software package for the body-wave attenuation calculation by the coda-normalization method // SoftwareX., 2017. V. 6. P. 30–35. DOI: 10.1016/j.softx.2016.12.004

И более 100 публикаций в других изданиях и материалах конференций.