DOI: https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v35i3.2013.116406

Variation of the components of the induction vector and the horizontal tensor before the Tohoku earthquake March 11, 2011 according to the data of Japanese geomagnetic observatories

I.I. Rokityansky, V. I. Tregubenko, V.I. Babak, A. V. Tereshin

Abstract


This work is a continuation of a work [Babak et al., 2013]. The sources of variable magnetic field observed at the surface of the Earth are presented in the introductory part. The most reliable cases of lithospheric emission registered before strong earthquakes are described for five seismic regions of the World. The changes of electrical conductivity of the Earth's crust as a precursor of earthquakes are discussed. The review shows that geomagnetic response functions (induction vector and horizontal tensor) can be used as an earthquake precursor, which carry information both on lithospheric emission and changes in the electrical conductivity. Analysis of 18 Japanese geomagnetic observatories data (6 of them are away from the Tohoku earthquake epicenter less than 400 km) shows the presence of intense noise for periods less than 500 s. Application of noiseproof algorithms for calculation of response function components only partially reduced their influence. A large amount of processing was carried out and database of response functions for 10-20 years for 18 Japanese observatories was created. During the processing variety of record deficiencies were found, the cause of which is not always clear. Detailed processing of one-second data for 10 weeks before the Tohoku earthquake reveals anomalies of response functions temporal behavior: 7-9, 19-21, 33-36 and perhaps ~ 60 days before the event. Moments of amplitude and phase anomalies vary slightly for different periods of variations, for different components of the response functions, for different stations. This behavior is caused, on one hand, by the influence of geomagnetic activity and the contribution of noise, on the other hand, it can be the manifestation of precursors and co-seismic events, and this behavior may reflect a migration of lithospheric emission and/or changes in the electrical conductivity of the Earth's lithosphere. Decoding of this information can provide valuable information for understanding the physics of earthquake preparation and precursors formation.

References


Авагимов А. А., Атаев А. К., Атаев С. А., Кузьмин Ю.О., Эфендиев М.И. Связь аномальных изменений электросопротивления горных пород в разломной зоне с приливными деформациями земной коры // Изв. АН ТССР, сер ФТХГН. - 1988. - № 5. - С. 50-52.

Алътгаузен Н.М., Барсуков О.М. О временных вариациях электропроводности // Физические основания поисков методов прогноза землетрясений / Отв. ред. М. А. Садовский. - Москва: Наука, 1970. - С. 104-110.

Бабак В.И., Климкович Т.А., Рокитянский И.И., Терешин А. В. Вариации вектора индукции в Японии // Геофиз. журн. - 35, № 1. - 2013. - С. 153-158.

Барсуков О. М. Возможная причина электрических предвестников землетрясений // Физика Земли. - № 8. - 1979. - С. 85-90.

Барсуков О. М., Сорокин О. П. Изменение кажущегося сопротивления горных пород в Гармском сейсмоактивном районе // Физика Земли. - 1973. - № 10. - С. 100-102.

Ваньян Л. Л. Электропроводность земной коры в связи с ее флюидным режимом // Коровые аномалии электропроводности. - Ленинград: Наука, 1984. - C. 27-35.

Ваньян Л. Л. Электромагнитные зондирования. - Москва: Научный мир, 1997. - 219 с.

Варенцов И.М., Соколова Е.Ю., Мартанус Е.Р., Наливайко К. В. и рабочая группа проекта BEAR. Система передаточных операторов электромагнитного поля для массива синхронных зондирований BEAR // Физика Земли. - 2003. - № 2. - С. 30-61.

Гульельми А. В. Ультранизкочастотные волны в коре и в магнитосфере Земли // Успехи физ. наук. - 2007. - 177, № 12. - С. 1257-1276.

Климкович Т.А. Особливості часових змін аномального магнітного поля та векторів індукції у закарпатському сейсмоактивному прогині: Дис. ... канд. фіз.-мат. наук / ІГФ НАНУ. - Київ, 2009. - 195 с.

Мороз Ю. Ф., Мороз Т.А., Моги Т Методика и результаты мониторинга естественного электрического поля Земли в Байкальской рифтовой зоне // Физика Земли. - 2007. - № 11. - С. 37-49.

Московская Л.Ф., Копытенко Ю.А., Хаякава М. Магнитотеллурический и сейсмический мониторинг в зоне субдукции Японии // Вопросы геофизики. - 2010. - № 43. - С. 108-125.

Рокитянский И.И. Исследование аномалий электропроводности методом магнитовариационного профилирования. - Киев: Наук. думка, 1975. - 296 с.

Светов Б.С. Передаточные функции электромагнитного поля // Физика Земли. - 1991. - № 1. - С. 119-128.

Светов Б. С. Электромагнитный мониторинг сейсмотектонических процессов // Изв. ВУЗ. Геология и разведка. - 1992. - 12. - С. 99-115.

Шуман В.Н. Концепция динамически неустойчивой геосреды и сейсмоэлектромагнитный шум литосферы // Геофиз. журн. - 2010. - 32, № 6. - С. 101-118.

Шуман В. Н. Электромагнитная эмиссия литосферы: всегда ли мы адекватно трактуем то, о чем как будто знаем? // Геофиз. журн. - 2012. - 34, № 2. - С. 4-19.

Шуман В.Н. Электромагнитные сигналы литосферного происхождения в современных наземных и дистанционных зондирующих системах // Геофиз. журн. - 2007. - 29, № 2. - С. 3-16.

Dea J. Y., Boerner W.M. Observations of anomalous ULF signals preceding the Northridge earthquake of January 17, 1994 // Atmospheric and ionospheric electromagnetic phenomena associated with earthquakes / Ed. M. Hayakawa. - Tokyo: Terrapub, 1999. - P. 137-145.

Frather-Smith A.C., Bernardi A., McGill P.R., Ladd M.E., HelliweH R.A., Villard O.G.Jr. Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms = 7,1 Loma Prieta earthquake // Geophys. Res. Let. - 1990. - 17, № 9. - P. 1465-1468.

Hattori K., Takahashi I., Yoshino C., Nagao T., Liu J. Y., Shieh C. F. ULF geomagnetic and geopotential measurement at Chia-Yi, Taiwan // J. Atmospher. Electr. - 2002. - 22, № 3. - P. 217-222.

Kopytenko Yu.A., Matiashvili T.G., Voronov P.M., Kopytenko E.A. Observation of electromagnetic ultralow-frequency lithospheric emission in the Caucasian seismically active zone and their connection with earthquakes // Electromagnetic phenomena related to earthquake prediction / Eds M. Hayakawa, Y. Fujinawa. - Tokyo: Terrapub, 1994. - P. 175-180.

Kopytenko Yu.A., Matiashvili T.G., Voronov P.M., Kopytenko E.A., Molchanov O.A. Detection of ultra-low-frequency emissions connected with Spitak earthquake and its aftershock activity, based on geomagnetic pulsations data at Dusheti and Vardzia observatories // Phys. Earth Planet. Int. - 1993. - 77. - P. 85-95.

Molchanov O. A., Kopytenko Yu. A., Voronov P. M., Kopytenko E.A., Matiashvili T.G., Fraser-Smith A. C.,

Bernardi A. Results of ULF magnetic field measurements near the epicenters of the Spitak (Ms= = 6,9) and Loma Prieta (Ms = 7,1) earthquakes: comparative analysis // Geophys. Res. Let. - 1992. - 19, № 14. - P. 1495-1498.

Moore G. W. Magnetic Disturbances preceding the 1964 Alaska Earthquake // Nature. - 1964. - 203. - P. 508-509. - DOI:10.1038/203508b0.

Saraev A. K., Pertel M. I., Malkin Z. M. Correction of the electromagnetic monitoring data for tidal variations of apparent resistivity // J. Appl. Geophys. - 2002. - 49, № 1. - P. 91-100.

Tsai Y.B., Liu J.Y., Ma K.F., Yen H.Y., Chen K.S., Chen Y. I., Lee C.P. Precursory phenomena associated with the 1999 Chi-Chi earthquake in

Taiwan as identified under the ISTEP program // Phys. Chem. Earth. - 31. - 2006. - P. 365- 377.

Varotsos P.A., Sarlis N.V., Skordas E.S. Natural Time Analysis: The new view of time. Precursory Seismic Electric Signals, Earthquakes and other Complex Time-Series. - Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. - 476 p.

Varotsos P. The Physics of Seismic Electric Signals. - Tokyo: Terrapub, 2005. - 338 p.

Zhamaletdinov A.A., Mitrofanov F.P., Tokarev A.N., Shevtsov A. N. The influence from luni-solar EM monitoring for the seismic activity // Presentation at 32 International Geological Congress, Florence, August 2004. - 2004.