gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2013-4-2-0094gtcrust-56Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSВАРИАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ И СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА ЮГОЗАПАДНОЙ ЧАСТИ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНАGRAVITY VARIATIONS AND RECENT GEODYNAMICS OF THE SOUTH-WESTERN PART OF THE BAIKAL REGIONТимофеевВ. Ю.TimofeevV. Yu.

докт. физ.мат. наук, заведующий лабораторией

Doctor of Physics and Mathematics, Head of Laboratory

timofeevvy@ipgg.nsc.ruКалишЕ. Н.KalishYe. N.

канд. физ.мат. наук, с.н.с.

Candidate of Physics and Mathematics, Senior Researcher

kalish@iae.nsk.suСтусьЮ. Ф.Stus'Yu. F.

канд. техн. наук, с.н.с.

Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher

stus@iae.nsk.suАрдюковД. Г.ArdyukovD. G.

с.н.с.

Senior Researcher

ardyukovdg@ipgg.nsc.ruАрнаутовГ. П.ArnautovG. P.

канд. техн. наук, в.н.с.

Candidate of Technical Sciences, Lead Researcher

arnautov@iae.nsk.suСмирновМ. Г.SmirnovM. G.

ведущий инженерконструктор

Lead Design Engineer

smirnov.m.g@iae.nsk.suТимофеевА. В.TimofeevA. V.

инженер

Engineer

timofeevav@ipgg.nsc.ruНосовД. А.NosovD. A.

инженерпрограммист

Software Engineer

danossov@ngs.ruСизиковИ. С.SizikovI. S.

инженерконструктор

Design Engineer

sizikov.i.s@gmail.comБойкоЕ. В.BoikoE. V.

н.с.

Researcher

boykoev@ipgg.nsc.ruГрибановаЕ. И.GribanovaE. I.

н.с.

Researcher

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияA.A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of RASRussian FederationИнститут автоматики и электрометрии СО РАНРоссияInstitute of Automation and Electrometry, Siberian Branch of RASRussian FederationСибирский филиал Геофизической службы СО РАНРоссияSiberian Division of Geophysic Survey, Siberian Branch of RASRussian Federation20130709201542119134Copyright © Тимофеев В.Ю., Калиш Е.Н., Стусь Ю.Ф., Ардюков Д.Г., Арнаутов Г.П., Смирнов М.Г., Тимофеев А.В., Носов Д.А., Сизиков И.С., Бойко Е.В., Грибанова Е.И., 20152015Тимофеев В.Ю., Калиш Е.Н., Стусь Ю.Ф., Ардюков Д.Г., Арнаутов Г.П., Смирнов М.Г., Тимофеев А.В., Носов Д.А., Сизиков И.С., Бойко Е.В., Грибанова Е.И.Timofeev V.Y., Kalish Y.N., Stus' Y.F., Ardyukov D.G., Arnautov G.P., Smirnov M.G., Timofeev A.V., Nosov D.A., Sizikov I.S., Boiko E.V., Gribanova E.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/56

Современные методы определения значения силы тяжести позволяют проводить измерения с точностью до 10–9 от g0 нормального значения (до 1 микрогала = 10 нм/с2). При этом исключаются все систематические и периодические эффекты и возникает вопрос о стабильности поля силы тяжести Земли во времени. Оценить изменения высоты (радиуса Земли) во времени с точностью до 0.1 мм позволяют современные методы космической геодезии (VLBI метод). Экспериментальные оценки стабильности значения силы тяжести за последние десятилетия сделаны по материалам отечественных и зарубежных обсерваторий, использующих абсолютные лазерные баллистические гравиметры. Полученные результаты ограничивают изменение радиуса Земли значением 10–10 в год. Эти оценки можно использовать для тестирования тектонических гипотез.

Результаты измерений неприливных вариаций ускорения силы тяжести Δg, проведенных в 1992–2012 гг. на сейсмостанции «Талая» (юго-западная часть Байкальского региона), интерпретируются совместно с данными GPS-наблюдений. Линейная составляющая вариации силы тяжести на станции Талая соответствует изменениям высоты пункта. Коэффициент корреляции близок к нормальному значению вертикального градиента силы тяжести. Косейсмические вариации силы тяжести на этом пункте в эпоху Култукского землетрясения (27.08.2008 г., Мw=6.3) вызваны комплексным эффектом изменения высоты пункта и деформации земной коры. Оценки косейсмических эффектов соответствуют результатам моделирования на основе сейсмологических данных.

Modern methods for determination of gravity values make it possible to obtain measurements with the accuracy up to 10–9 from g0 of the normal value (up to 1 microgal = 10 m/sec2). While all the systematic and periodic effects are excluded, a question is raised about stability of the gravity field of the Earth over time. Changes of the altitude (the Earth’s radius) with time can be estimated with an accuracy of 0.1 mm by modern space geodetic techniques, such as VLBI method. Our experiments for evaluation of stability of the gravity values over the past decades are based on the data obtained by Russian and foreign observatories using absolute ballistic laser gravimeters. The results put a limit of 10–10 per year to changes of the Earth’s radius. These estimations can be useful for testing hypotheses in tectonics.

Measurements of non-tidal variations of gravity (Δg), which were obtained from 1992 to 2012 at the Talaya seismic station (located in the south-western part of the Baikal region), are interpreted together with GPS observation data. At the Talaya seismic station, the linear component of gravity variations corresponds to changes in the elevation of this site. The correlation coefficient is close to the normal value of the vertical gradient of gravity. At this site, coseismic gravity variations at the time of the Kultuk earthquake (27 August 2008, Mw=6.3) were caused by a combined effect of the change of the site’s elevation and deformation of the crust. Our estimations of the coseismic effects are consistent with results obtained by modeling based on the available seismic data.

мониторинг вариаций силы тяжестиизменение радиуса Землирифтовая зонаGPS-наблюденияземлетрясенияmonitoring of gravity variationschanges in the Earth's radiusrift zoneGPS-monitoringearthquakeReferencesAltamimi Z., Collilieux X., Legrand J., Garayt B., Boucher C., 2007. ITRF2005: A new release of the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth Orientation Parameters. Journal of Geophysical Research 112 (B9), B09401. http://dx.doi.org/10.1029/2007JB004949.Altamimi Z., Collilieux X., Legrand J., Garayt B., Boucher C., 2007. ITRF2005: A new release of the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth Orientation Parameters. Journal of Geophysical Research 112 (B9), B09401. http://dx.doi.org/10.1029/2007JB004949.Arnautov G.P., 2005. Results of international metrological comparison of absolute laser ballistic gravimeters. Avtometria 41 (1), 126-136 (in Russian) [Арнаутов Г.П. Результаты международных метрологических сравнений абсолютных лазерных баллистических гравиметров // Автометрия. 2005. Т. 41. № 1. С. 126-136].Arnautov G.P., 2005. Results of international metrological comparison of absolute laser ballistic gravimeters. Avtometria 41 (1), 126-136 (in Russian) [Арнаутов Г.П. Результаты международных метрологических сравнений абсолютных лазерных баллистических гравиметров // Автометрия. 2005. Т. 41. № 1. С. 126-136].Arnautov G.P., Kalish E.N., Smirnov M.G., Stus' Yu.F., Tarasyuk V.G., 1994. Laser ballistic gravimeter GABL-M and gravity observation results. Avtometria 3, 3-11 (in Russian) [Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Смирнов М.Г., Стусь Ю.Ф., Тарасюк В.Г. Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-М и результаты наблюдений силы тяжести // Автомет¬рия. 1994. № 3. С. 3-11].Arnautov G.P., Kalish E.N., Smirnov M.G., Stus' Yu.F., Tarasyuk V.G., 1994. Laser ballistic gravimeter GABL-M and gravity observation results. Avtometria 3, 3-11 (in Russian) [Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Смирнов М.Г., Стусь Ю.Ф., Тарасюк В.Г. Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-М и результаты наблюдений силы тяжести // Автомет¬рия. 1994. № 3. С. 3-11].Ducarme B., Timofeev V.Yu., Everaerts M., Gornov P.Y., Parovishnii V.A., van Ruymbeke M., 2008. A Trans-Siberian tidal gravity profile (TSP) for the validation of the ocean tides loading corrections. Journal of Geodynamics 45 (2-3), 73-82. http://dx.doi.org/10.1016/j.jog.2007.07.001.Ducarme B., Timofeev V.Yu., Everaerts M., Gornov P.Y., Parovishnii V.A., van Ruymbeke M., 2008. A Trans-Siberian tidal gravity profile (TSP) for the validation of the ocean tides loading corrections. Journal of Geodynamics 45 (2-3), 73-82. http://dx.doi.org/10.1016/j.jog.2007.07.001.Elhiny M.W., Taylor S.R., Stevenson D.J., 1978. Limits to the expansion of Earth, Moon, Mars and Mercury and to change in the gravitational constant. Nature 271 (5643), 316-321. http://dx.doi.org/10.1038/271316a0.Elhiny M.W., Taylor S.R., Stevenson D.J., 1978. Limits to the expansion of Earth, Moon, Mars and Mercury and to change in the gravitational constant. Nature 271 (5643), 316-321. http://dx.doi.org/10.1038/271316a0.Fialko Y., 2004. Evidence of fluid-filled upper crust from observations of postseismic deformation due to the 1992 Mw7.3 Landers earthquake. Journal of Geophysical Research 109 (B8), B08401. http://dx.doi.org/10.1029/2004JB002985.Fialko Y., 2004. Evidence of fluid-filled upper crust from observations of postseismic deformation due to the 1992 Mw7.3 Landers earthquake. Journal of Geophysical Research 109 (B8), B08401. http://dx.doi.org/10.1029/2004JB002985.Herring T.A., King R.W., McClusky S.C., 2006. Globan Kalman Filter VLBI and GPS Analysis Program. Release 10.3. De¬partment of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachussetts Institute of Technology, 87 p.Herring T.A., King R.W., McClusky S.C., 2006. Globan Kalman Filter VLBI and GPS Analysis Program. Release 10.3. De¬partment of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachussetts Institute of Technology, 87 p.Hinderer J., Crossley D., 2006. NEWSLETTER 17, 5 June 2006, 2-12.Hinderer J., Crossley D., 2006. NEWSLETTER 17, 5 June 2006, 2-12.Kaftan V.I., Tsyba E.N., 2009. Assessment of changes in semi-axes of the Earth's geometric ellipsoid from results of satellite observations of the global geodetic networks. Izvestia VUSov, Geodeziya i aerofotos'emka 1, 33-40 (in Russian) [Каф¬тан В.И., Цыба Е.Н. Оценка изменений полуосей земного геометрического эллипсоида по результатам спутнико¬вых наблюдений в глобальной геодезической сети // Известия ВУЗов, Геодезия и аэрофотосъемка. 2009. № 1. С. 33-40].Kaftan V.I., Tsyba E.N., 2009. Assessment of changes in semi-axes of the Earth's geometric ellipsoid from results of satellite observations of the global geodetic networks. Izvestia VUSov, Geodeziya i aerofotos'emka 1, 33-40 (in Russian) [Каф¬тан В.И., Цыба Е.Н. Оценка изменений полуосей земного геометрического эллипсоида по результатам спутнико¬вых наблюдений в глобальной геодезической сети // Известия ВУЗов, Геодезия и аэрофотосъемка. 2009. № 1. С. 33-40].King R.W., Bock Y., 2006. Documentation for the GAMIT GPS. Analysis software. Release 10.3. Cambridge, Massachussetts Institute of Technology, 182 p.King R.W., Bock Y., 2006. Documentation for the GAMIT GPS. Analysis software. Release 10.3. Cambridge, Massachussetts Institute of Technology, 182 p.Kolomiets A.G., Gerasimenko M.D., Il'nitskaya A.V., 2010. Problems of seismicity and modern geodynamics of the Far East and East Siberia. In: Reports of the Scientific Symposium, 1-4 June 2010, Khabarovsk. ITIG, Khabarovsk, p. 87-88 (in Russian) [Коломиец А.Г., Герасименко М.Д., Ильницкая А.В. Проблемы сейсмичности и современной геодинамики Дальнего Востока и Восточной Сибири // Доклады научного симпозиума 1-4 июня 2010 г., Хабаровск. Хаба¬ровск: ИТИГ, С. 87-88.Kolomiets A.G., Gerasimenko M.D., Il'nitskaya A.V., 2010. Problems of seismicity and modern geodynamics of the Far East and East Siberia. In: Reports of the Scientific Symposium, 1-4 June 2010, Khabarovsk. ITIG, Khabarovsk, p. 87-88 (in Russian) [Коломиец А.Г., Герасименко М.Д., Ильницкая А.В. Проблемы сейсмичности и современной геодинамики Дальнего Востока и Восточной Сибири // Доклады научного симпозиума 1-4 июня 2010 г., Хабаровск. Хаба¬ровск: ИТИГ, С. 87-88.Kukol Z, 1987. Velocities of Geological Processes. Mir, Moscow, 246 p. (in Russian) [Кукол З. Скорость геологических процессов. М.: Мир, 1987. 246 с.].Kukol Z, 1987. Velocities of Geological Processes. Mir, Moscow, 246 p. (in Russian) [Кукол З. Скорость геологических процессов. М.: Мир, 1987. 246 с.].Lukhnev A.V., San'kov V.A., Miroshnichenko A.I., Ashurkov S.V., Calais E., 2010. GPS rotation and strain rates in the Baikal- Mongolia region. Russian Geology and Geophysics 51 (7), 1006-1017. http://dx.doi.org/10.1016Zj.rgg.2010.06.006.Lukhnev A.V., San'kov V.A., Miroshnichenko A.I., Ashurkov S.V., Calais E., 2010. GPS rotation and strain rates in the Baikal- Mongolia region. Russian Geology and Geophysics 51 (7), 1006-1017. http://dx.doi.org/10.1016Zj.rgg.2010.06.006.Robertson L., Francis O., van Dam T.M., Faller J., Ruess D., Delinte J.-M., Vitushkin L., Liard J., Gagnon C., Guang G.Y., Da Lun H., Yuan F.Y., Yi X.J., Jeffries G., Hopevell H., Edge R., Robinson I., Kibbe B., Makinen J., Hinderer J., Amalvict V., Luck B., Wilmes H., Rehren F., Schmidt K., Schnull M., Cerutti G., Germmak A., Zabek Z., Pachuta A., Arnautov G., Kalish E., Stus Yu., Stizza D., Friderich J., Chartier J.-M., Marson I., 2001. Results from the fifth international comparison of absolute gravimeters, ICAG'97. Metrologia 38 (1), 71-78. http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/38/1Z6.Robertson L., Francis O., van Dam T.M., Faller J., Ruess D., Delinte J.-M., Vitushkin L., Liard J., Gagnon C., Guang G.Y., Da Lun H., Yuan F.Y., Yi X.J., Jeffries G., Hopevell H., Edge R., Robinson I., Kibbe B., Makinen J., Hinderer J., Amalvict V., Luck B., Wilmes H., Rehren F., Schmidt K., Schnull M., Cerutti G., Germmak A., Zabek Z., Pachuta A., Arnautov G., Kalish E., Stus Yu., Stizza D., Friderich J., Chartier J.-M., Marson I., 2001. Results from the fifth international comparison of absolute gravimeters, ICAG'97. Metrologia 38 (1), 71-78. http://dx.doi.org/10.1088/0026-1394/38/1Z6.San'kov V.A., Lukhnev A.V., Miroshnichenko A.I., Ashurkov S.V., Byzov L.M., Dembelov M.G., Calais E., Deverchere J., 2009. Extension in the Baikal rift: Present-Day kinematics of passive rifting. Doklady Earth Sciences 425 (2), 205-209. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X09020056.San'kov V.A., Lukhnev A.V., Miroshnichenko A.I., Ashurkov S.V., Byzov L.M., Dembelov M.G., Calais E., Deverchere J., 2009. Extension in the Baikal rift: Present-Day kinematics of passive rifting. Doklady Earth Sciences 425 (2), 205-209. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X09020056.Sasagawa S., Zumberge M.A., 1991. Absolute gravity measurements in California, 1984-1989. Journal of Geophysical Research 96 (B2), 2501-2513. http://dx.doi.org/10.1029/90JB02283.Sasagawa S., Zumberge M.A., 1991. Absolute gravity measurements in California, 1984-1989. Journal of Geophysical Research 96 (B2), 2501-2513. http://dx.doi.org/10.1029/90JB02283.Timofeev V.Yu., Ardyukov D.G., Boiko E.V., Gribanova E.I., Semibalamut V.M., Timofeev A.V., Yaroshevich A.V., 2012b. Strain and displacement rates during a large earthquake in the South Baikal region. Russian Geology and Geophysics 53 (8), 798-816. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2012.06.007.Timofeev V.Yu., Ardyukov D.G., Boiko E.V., Gribanova E.I., Semibalamut V.M., Timofeev A.V., Yaroshevich A.V., 2012b. Strain and displacement rates during a large earthquake in the South Baikal region. Russian Geology and Geophysics 53 (8), 798-816. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2012.06.007.Timofeev V.Yu., Ardyukov D.G., Boiko E.V., Timofeev A.V., Yaroshevich A.V., Gornov P.Yu., 2012a. Estimation of coseismic deformation, poroelasticity, and fracturing of rocks from the data on water level in a borehole. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 48 (7-8), 640-652. http://dx.doi.org/10.1134/S1069351312060067.Timofeev V.Yu., Ardyukov D.G., Boiko E.V., Timofeev A.V., Yaroshevich A.V., Gornov P.Yu., 2012a. Estimation of coseismic deformation, poroelasticity, and fracturing of rocks from the data on water level in a borehole. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 48 (7-8), 640-652. http://dx.doi.org/10.1134/S1069351312060067.Toda S., Ross S., Sevilgen V., Lin J., 2009. Coulomb 3. Graphic-rich deformation & stress-change software for earthquake, Tectonic, and Volcano Research and Teaching - User Guide. Available from: http://pubs.usgs.gov/of/2011/1060 (last ac¬cessed 30.04.2013).Toda S., Ross S., Sevilgen V., Lin J., 2009. Coulomb 3. Graphic-rich deformation & stress-change software for earthquake, Tectonic, and Volcano Research and Teaching - User Guide. Available from: http://pubs.usgs.gov/of/2011/1060 (last ac¬cessed 30.04.2013).Tsuboi T., 1982. The Earth's Gravity Field. Mir, Moscow, 286 p. (in Russian) [Цубои Т. Гравитационное поле Земли. М.: Мир, 1982. 286 c.].Tsuboi T., 1982. The Earth's Gravity Field. Mir, Moscow, 286 p. (in Russian) [Цубои Т. Гравитационное поле Земли. М.: Мир, 1982. 286 c.].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.