Лаборатория спутниковых методов изучения геофизических процессов №203

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС, GPS/ГЛОНАСС), в настоящее время широко используются не только для навигации подвижных объектов, но и для прецизионных координатных определений, на основе которых ведется мониторинг геодинамических процессов, в том числе, современных движений тектонических плит, межплитовые и внутриплитовые деформации, движений и деформаций отдельных геологических структур. Современные методы фильтрации спутниковых навигационных данных позволяют с высокой точностью рассчитывать положение и скорость смещения наблюдательных пунктов. Детальность и точность таких расчетов определяется пространственной плотностью и продолжительностью наблюдений. Исходя из инструментальной точности спутниковых геодезических измерений и средней интенсивности тектонических движений земной поверхности, приемлемая точность их оценки достигается за несколько лет непрерывных или повторных наблюдений. Анализ таких наблюдений позволяет решать широкий класс геодинамических и геоэкологических задач, среди которых, геодинамический мониторинг ответственных инженерных сооружений.

В ИФЗ РАН внедрение спутниковых геодезических методов началось в конце 80-х годов прошлого века с создания лаборатории спутниковых методов изучения геофизических процессов (Зав. лаб. О.Н. Галаганов).

В 1991 г. под руководством академика В.Н. Страхова, чл.-корр. Г.В. Соболева, проф. М.Т. Прилепина были организованы первые спутниковые наблюдения на территории России для изучения современных движений земной коры отдельных регионов и эпицентральных зон землетрясений. При участии американских специалистов был заложен геодинамический полигон на Кавказе после Рачинского землетрясения 29 апреля 1991 г. (Ms=6.9, глубина 17 км).

Спутниковые геодезические GPS измерения для изучения сейсмогенных деформаций выполнялись на Южных Курилах в эпицентральной зоне Шикотанского землетрясения (4.10.1994 г., М=8,0) и Нефтегорского землетрясения (27.05.1995 г., М=7,3) на Сахалине.

Наблюдательные пункты: спутниковая приемная аппаратура

 

Установка наблюдательной аппаратуры в Геленджике (GELM) на морской гидрометеорологической станции

В 1995-1996 гг. были начаты работы по изучению геодинамики Северной Евразии в континентальном масштабе (проект RUSEG). Основные научные задачи программы состояли в следующем:

1) Изучение современных относительных движений Евразийской, Североамериканской, Тихоокеанской, Охотоморской, Иранской и др. литосферных плит.

2) Изучение региональных деформаций и напряжений, связанных с сильными землетрясениями на границах основных геологических структур России – Евразийской, Североамериканской, Охотоморской, Тихоокеанской плит, складчатой оконечности Русской платформы и др.

3) Изучение деформаций внутри основных геологических структур, в том числе Русской платформы, Балтийского щита и др. 

4) Изучение региональных деформаций в других тектонически активных районах. 

5) Мониторинг деформаций земной коры на территории Северного Кавказа 

Коллектив принимал активное  участие в проведение высокоточных спутниковых измерений по Федеральным целевым программам: «Интеграция» (совместно с МГУГиК); в проекте № К0282, ГЛОНАСС (совместно с ЦНИИГАиК) с 1999 г.;  в проекте «Граница между Евразийской и Североамериканской литосферными плитами и проблемы глобальной геодинамики»; программы ОНЗ-6 «Динамика континентальной литосферы: геолого-геофизические  модели» в 2009–2012 гг; в совместном российско-украинском проекте «Современные движения и деформации Европейской части России и Украины», грант РФФИ 2013-2014 гг.

В настоящее время в лабораторию под руководством О.Н. Галаганова входит три основные группы, одна из которых занимается спутниковыми геодезическими исследованиями под руководством Г.М. Стеблова, вторая, под руководством В.Б. Дубовского – разработкой спутниковых гравиградиентомеров и третья, под руководством О.Б. Хаврошкина, занята космогоническими исследованиями.

Спутниковые геодезические исследования (руководитель темы Г.М. Стеблов)

С помощью спутниковых радионавигационных технологий выполняются геодезические определения, необходимые для решения геодинамических и геоэкологических задач, теоретического моделирования процессов образования разломов и зон субдукции, расчета деформационных характеристик разных геотектонических структур.

Для решения поставленных задач коллектив, имеет необходимую прецизионную аппаратуру и экспедиционное оборудование, проводит высокоточные мониторинговые координатные измерения с использованием спутниковых навигационных систем ГНСС в платформенных и орогенных регионах, в сейсмоактивных областях, в эпицентральных зонах сильных землетрясений,  на территориях ответственных инженерных сооружений (атомные электростанции, крупные гидроузлы, мегаполисы, захоронения промышленных отходов). Полученные дан ные обрабатываются специализированными высокоточными программными пакетами, такими как Bernese и GAMIT/ GLOBK.

Основными объектами спутниковых геодезических исследований в настоящее время являются северная и южная границы Восточно-Европейской платформы: постгляциальное поднятие на Балтийском щите, складчатое сооружение Северного Кавказа; хребет Черского, Японо-Курило-Камчатская зона субдукции. Перечисленные регионы характеризуются различной геодинамической обстановкой и различными эндогенными и антропогенными процессами.

 

Гравиинерциальные исследования (руководитель В.Б. Дубовской)

Группа занимается  разработкой бортовой гравиградиентометрической аппаратуры для космических аппаратов, позволяющей достичь современной точности измерения ускорения силы тяжести и ее градиентов на мировом уровне. 

Изучение гравитационного поля Земли (ГПЗ) является неотъемлемой составной частью развития фундаментальной и прикладной геодезии, результаты которой используются во многих областях знаний, в том числе и в космической деятельности. С созданием глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) GPS и ГЛОНАСС коренным образом изменилась технология и качество всей системы геодезического обеспечения, значительно повысились требования к точности определения параметров ГПЗ, и, соответственно, расширилась область использования спутниковых гравиметрических данных.

В лаборатории ведутся исследования, направленные на разработку технологии создания бортовой гравиоградиентометрической аппаратуры мониторинга гравитационного поля Земли на основе измерений отечественных высокочувствительных наноакселерометров для малых КА и на созданию макетного образца бортового гравиградиентометра (БГГМ), с целью преодоления отставания России в этой области.

Актуальность разработки бортовых гравиградиентометров на базе отечественных спутниковых высокочувствительных наноакселерометров обусловлена, в первую очередь, необходимостью использования такого типа приборов в составе перспективной космической геодезической системы «ГЕО-ИК-3», которая должна обеспечить создание геодезической основы для будущих модификаций системы ГЛОНАСС.

 

Космогонические исследования (руководитель О.Б. Ховрошкин)

Группа занимается космогоническими исследованиями планет и других тел и процессов Солнечной системы, как геофизических объектов, распространяет понятия и методы экспериментальных разделов геофизики, в первую очередь, сейсмологии, в направлении решения космогонических задач.

Сотрудниками лаборатории разработана методическая основа сейсмического эксперимента для Луны, позволяющего исследовать центральную зону, вести многолетний мониторинг сейсмичности как нового космогонического и астрофизического канала информации. Методы анализа данных по лунной сейсмичности (Каталог Накамуры), позволили сформировать новые временные ряды и выявить в ритмах сейсмичности влияние метеороидных газопылевых потоков и солнечного ветра. С помощью наземных радиотелескопов было обнаружено радиоизлучение Луны от воздействия импактных процессов, в первую очередь от метеороидного потока «Леонид».

Для сейсмического исследования Марса в рамках государственной программы «Марс 96» была создана и испытана сейсмическая система, установленная на посадочных аппаратах-пенетраторах, превосходящая по своим параметрам все известные зарубежные аналоги. Ведутся работы по программе «Фобос-Грунт». Предусмотрено создание сейсмической системы для изучения внутреннего строения Фобоса и годичного мониторинга его сейсмических полей (экзогенного типа).

Кроме того,  проводятся аппаратурно-методические разработки для фундаментальных и прикладных геофизических исследований, таких как: регистрации и интерпретации флюидодинамических полей Земли; краткосрочный прогноз землетрясений, основанный на мониторинге в реальном времени уровня сейсмоакустической эмиссии для локальной области сейсмоактивного региона; исследование геофизических полей грязевых вулканов, включая внутренние точки среды: создание и испытания баростойкой аппаратуры принципиально нового типа; применение сейсмических и геофизических методов в исследовании археологических объектов, таких как египетские пирамиды.

Заведующий лабораторией