Способ определения времени предстоящего землетрясения

Способ определения времени предстоящего землетрясения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к прогнозированию землетрясений, и может быть использовано для предсказания времени, амплитуды и месте землетрясения в любой локальной зоне его очага, особенно при краткосрочных прогнозах.

Известен способ наблюдения за сейсмической активностью очага землетрясения (авторское свидетельство СССР №819770, G 01 V 1/00, 1981), включающий установку сейсмодатчиков, регистрацию и интерпретацию сейсмической информации, причем регистрируют колебания только в точках, расположенных по одну сторону очага землетрясения в сейсмически спокойных областях на расстоянии не ближе 500 км от эпицентра при магнитуде, равной 8. Такая расстановка и регистрация показаний сейсмодатчиков позволяет проводить уверенную корреляцию и выделение изменений уровней активности от прибора к прибору. Значительное и резкое изменение амплитуды сейсмического сигнала является прогностическим признаком перед началом землетрясения.

Недостатком способа является то, что слишком большое удаление от эпицентра приводит к потере целого ряда ценных информационных признаков, получаемых от сигналов, таких как изменение электрических и магнитных полей и акустической эмиссии. Способ не позволяет прогнозировать начало землетрясения за короткое время и установить его предполагаемый эпицентр, оперативно оповестить население об опасности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ прогнозирования землетрясения (авторское свидетельство СССР №894632, G 01 V 1/00, 1981), включающий регистрацию колебаний непосредственно в сейсмоопасном районе, когда регистрируются короткопериодные импульсы акустических волн и интервалы временим между ними в определенной полосе частот. По времени их появления судят о времени предстоящего землетрясения, а расстояние от точки регистрации до предполагаемого эпицентра определяется расчетным путем. Устройство для осуществления этого способа содержит последовательно соединенные приемники сигналов, усилитель, пороговое устройство и регистратор с анализатором спектра частот.

Недостатком этого способа является то, что его применимость ограничена полосой частот акустических волн только в пределах 20-60 кГц. Исключение низкочастотной полосы спектра не позволяет получить данных для долгосрочного прогноза и обеспечить учет форшоков.

Отсутствует прогноз амплитуды сейсмических колебаний, определение ее связи с изменением частоты и интервалами между пакетами импульсов сигналов.

Задача изобретения - повышение достоверности и точности долгосрочного и краткосрочного предсказания времени возникновения землетрясения, его энергии и координат эпицентра в определенном сейсмонапряженном регионе.

Поставленная задача решается тем, что в способе прогнозирования землетрясения, включающем интерпретацию статистической закономерности возникновения сейсмических колебаний почвы в определенные для данного региона сроки, установку сейсмодатчиков, регистрацию и измерение импульсов, пакетов, акустических волн, а также интервалов времени между ними, и по времени их появления суждение о времени, характере предстоящего землетрясения и расстоянии R от точки регистрации до предполагаемого эпицентра землетрясения, определяемого из соотношения:

где Δt_И - время между зарегистрированными импульсами,

V₁ и V₂ - соответственно скорости импульсов акустических волн в поверхностном слое земной коры и в атмосфере либо в глубинных слоях коры и в поверхностном ее слое, дополнительно регистрируют и измеряют на земной поверхности амплитуду форшоков, частоту и амплитуду акустических волн во всем диапазоне частот их появления, причем сейсмодатчики устанавливают на скальных коренных породах, окружающих регион, и располагают относительно очага землетрясения под углом, близким к 60°, на расстоянии 100-150 км от очага землетрясения, а время начала землетрясения определяют по соотношению:

где i=0,1,2,3,...n - порядковые номера пакетов сейсмоколебаний;

- среднее значение коэффициента динамичности развития землетрясения в инфра- и ультразвуковом диапазонах волн, вычисленное по результатам i-го измерения;

- прогнозируемое время начала землетрясения, определяемое для (i+1)-го пакета колебаний;

A_i+1, , t_i+1 - прогнозируемые значения ординаты огибающей амплитуды колебаний A(t) и приращения амплитуды для прогнозируемого момента t_i+1 возникновения сейсмоколебаний,

А_о - значение ординаты амплитуды в начальный момент; при определении расстояния от точки регистрации до очага землетрясения по формуле , время определяют с учетом соотношения:

где , i=1,2,3,...n - интервалы времени появления пакетов;

K_i+1 - коэффициент «сжатия» интервалов времени , определяемый путем рекурсивной оценки, т.е. с помощью вычисления по результатам предыдущих измерений:

и по результатам расчета ожидаемых моментов появления пакетов сейсмоколебаний и их амплитуды осуществляют стробирование по времени и амплитуде при измерении полезного сигнала t_и на фоне интенсивных помех, возникающих перед началом землетрясения.

Далее вычисляют значение коэффициента динамичности ϑ₀ в начальный момент прогнозирования

где t₁ - первый измеренный интервал времени между 0-м и 1-м пакетами сейсмоколебаний;

- время начала землетрясения, первоначально определяемое по результатам долгосрочных прогнозов и экспертной оценке специалистов;

A₁ - амплитуда сейсмосигнала в момент t₁;

- первое измеренное приращение амплитуды.

В дальнейшем по мере накопления результатов измерения амплитуд пакетов колебаний и интервалов времени между их появлением определяют для момента t₁ среднее значение коэффициента

где m - количество источников информации и т.д.;

осредненное значение коэффициента динамичности, вычисленное для i-ro момента измерения, будет:

Таким образом, в ходе измерения развитого характера землетрясения происходит подновление с помощью рекурсивной оценки значения t_H согласно формуле для t_Hi+1(t_i+1).

При этом также можно использовать метод «наложения» кривых огибающих амплитуд прогнозируемого и реального процесса развития землетрясения.

Для построения огибающей амплитуд сейсмоколебаний используют нелинейную аппроксимирующую зависимость:

На чертеже показана характерная кривая развития сейсмической активности. В начальный момент на построение кривой A(t) наибольшее влияние оказывает степень точности долгосрочного прогноза, но затем по ходу накопления и учета измерительной информации происходит постоянное подновление информации и уточнение характера хода кривой A(t). В краткосрочном прогнозе определяющей величиной являются высокочастотные сигналы сейсмических колебаний и акустических волн.

Достаточно плотные кристаллические структуры земной коры, образующие определенную пространственную конструкцию, с ростом давления или разрежения в зоне очага испытывают усиление напряженности, при нарастании которой возрастает частота колебаний этой конструкции. Следовательно, возрастает частота появления «пакетов», а также их амплитуда и частотная характеристика, которая существенно возрастает перед самым началом землетрясения и может достигать до нескольких сотен кГц. Датчики улавливают сейсмические сигналы сначала в виде отдельных случайных трендов. В момент критического состояния, предшествующего началу землетрясения, когда возникают максимальные напряжения и усиливаются сигналы акустической эмиссии, датчики этих сигналов являются хорошим прогностическим источником информации для осуществления краткосрочного прогноза.

Если датчики устанавливать ближе чем 100 км от очага, то высокий уровень сигналов будет подавлять работу многих датчиков и мешать точному измерению, а удаление сейсмостанций на расстояния более 150 км затруднит уверенный прием датчиками информации о высокочастотных составляющих сигналов акустической эмиссии. Расположение сейсмостанций относительно друг друга и очага землетрясения под углом, близким к 60°, позволяет обеспечить равномерное распределение датчиков и оптимизировать систему приема и обработки их сигналов.

Использование операторами-аналитиками быстродействующей компьютерной техники позволяет в реальном масштабе времени обработать всю информацию и принять более обоснованное решение о характере, силе и времени начала предстоящего землетрясения.

Данный способ прогнозирования может быть реализован с помощью типовых сейсмографов (И.В.Померанцева, А.Н.Мозженко. Сейсмические исследования с аппаратурой «Земля». М.: Недра, 1977 г., с.54-134.) для измерения и записи низкочастотных сейсмосигналов и пьезокерамических виброметров (С.Д.Виноградов. Акустический метод в исследованиях по физике землятрясений. М.: Наука, 1989 г., с.23-37, 126-138.) для регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии. В этой литературе описаны аппаратура и методика ее использования.

Способ определения времени предстоящего землетрясения, заключающийся в интерпретации статистической закономерности возникновения сейсмических колебаний почвы в определенные для данного региона сроки, установке сейсмодатчиков и датчиков, регистрирующих акустическую эмиссию, регистрации и измерения импульсов, пакетов сейсмических волн, акустических волн, а также интервалов времени между ними, и по времени их появления суждения о времени предстоящего землетрясения, отличающийся тем, что дополнительно на земной поверхности регистрируют и измеряют амплитуду форшоков, частоту и амплитуду акустических волн во всем диапазоне частот их появления, сейсмодатчики и датчики, регистрирующие акустическую эмиссию, устанавливают на скальных коренных породах, окружающих регион, а время начала землетрясения определяют из соотношения

где i=0,1,2,3,...n - порядковые номера пакетов сейсмоколебаний;

- среднее значение коэффициента динамичности развития землетрясения и инфра- и ультразвуковом диапазонах волн, вычисленное по результатам i-го измерения;

- прогнозируемое время начала землетрясения, определяемое для (i+1)-го пакета колебаний;

А_i+1, ΔА_i+1=А_i+1-А_o, t_i+1 - прогнозируемые значения ординаты огибающей амплитуды колебаний A(t) и приращения амплитуды ΔA_i+1 для прогнозируемого момента t_i+1 возникновения сейсмоколебаний;

А_o - значение ординаты амплитуды в начальный момент,

причем значение коэффициента динамичности ϑ_о в начальный момент прогнозирования определяют из соотношения

где t₁ - первый измеренный интервал времени между 0-м и

1-м пакетами сейсмоколебаний;

- время начала землетрясения, первоначально определяемое по результатам долгосрочных прогнозов и экспертной оценке специалистов.