СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ Российский патент 1997 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения местоположения сейсмического воздействия, возникающего при землетрясениях, извержениях вулканов, выстреливших артиллерийских орудий и от других источников естественного и искусственного происхождений.

Повышение чувствительности и точности методов определения местоположения источников сейсмического воздействия имеет особо важное значение для сейсмически активных регионов с целью локализации и прогнозирования землетрясений, времени прихода длиннопериодных волн. Решение этой задачи позволит также повысить безопасность использования атомных электростанций, высотных платин и других объектов.

Известны способы определения местоположения источников сейсмических воздействий, основанные на измерениях линейных компонент сейсмических колебаний поверхности [1] Поскольку каждый участок поверхности имеет шесть степеней свободы, из которых три поступательных и три вращательных, то использование только линейных поступательных компонент колебаний снижает объем возможной информации для определения местоположения источника сейсмических колебаний. Такая ситуация была обусловлена, по-видимому, тем обстоятельством, что отсутствовали приемники угловых колебаний необходимого качества.

Достигнутый прогресс в области гироскопов с неконтактным магнитным подвесом ротора позволяет достоверно фиксировать малые угловые отклонения корпуса гироскопа относительно первоначальной ориентации. С помощью таких гироскопов возможно измерять угловые колебания при амплитудах, начиная с 0,01 угловой секунды в широком диапазоне частот, начиная с 0,001 Гц и менее. Тем самым в настоящее время появились новые возможности использования сейсмических методов для определения местоположения и характера источников сейсмических воздействий естественного и искусственного происхождений.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании более точного способа определения местоположения источника сейсмических воздействий путем приема угловых сейсмических колебаний в нескольких разнесенных между собой в пространстве пунктах приема.

Поставленная задача решается путем приема и измерения двух компонент α_x= K_xF(t) и α_y= K_yF(t) угловых колебаний вокруг горизонтальных и ортогональных между собой осей х и y, известным образом ориентированных относительно направления меридиана, в каждом из пунктов приема известным образом расположенных на местности. Здесь: F(t) зависимость от времени t амплитуды наклона плоскости xy относительно горизонта (в частном случае при проведении натурных испытаний аппаратуры, использующей данный метод, F(t) имела форму импульса с прямыми передним и задним фронтами), K_x и K_y коэффициенты, характеризующие амплитуды величин α_x и α_y соответственно. Из соотношения определяют пеленг γ на источник сейсмического воздействия в каждом месте приема колебаний. Поскольку фронт сейсмической волны имеет в плане кольцевую форму с нарастающим во времени радиусом, то по соотношению амплитуд определяется также азимутальная ориентация γ+90^° фронта волны. По полученным пеленгам γ_i для всех пунктов приема в точке пересечения пеленгов определяется место расположения сейсмического источника. Очевидно, что для решения задачи прием колебаний должен осуществляться не менее чем в двух разнесенных между собой в пространстве пунктах. При наличии нескольких таких пунктов повышается инструментальная точность решения задачи, поскольку увеличивается количество измеренных пеленгов.

Прием указанных колебаний поверхности осуществляется с помощью сейсмоприемников угловых колебаний с известным образом ориентированными в азимуте и относительно горизонта осями чувствительности.

В частности, сейсмоприемник на базе указанного ранее гироскопа с магнитным подвесом может измерять две ортогональные компоненты колебаний.

Наличие нескольких разнесенных между собой сейсмоприемников позволяет также использовать информацию о разности времен прихода сейсмической волны α_i= K_iF(t_i) в i-й пункт приема. В каждом пункте приема определяют результирующе сейсмическое воздействие, например, из соотношения Измеряя разности времен ti времени прихода угловых сейсмических волн в местах и приема и располагая информацией о местах расположения сейсмоприемников, в том числе информацией о расстояниях между ними, а также информацией о скорости распространения сейсмических колебаний, определяют пеленг на источник колебаний для каждой пары сейсмоприемников. Процедура определения пеленгов в данном случае аналогична процедуре использования линейных компонент сейсмических колебаний или акустическим методам пеленгования источника акустической волны. Наличие не менее 3-х разнесенных между собой пунктов приема позволяет по пересечению пеленгов, проведенных из середин базовых расстояний между пунктами приема, определить местоположение источника.

Очевидно, что при наличии нескольких пунктов приема получается избыточная информация о координатах источника сейсмических колебаний, т.к. задача решается как путем его пеленгования из каждого пункта приема по соотношениям амплитуд ортогональных компонент, так и с учетом разностей времен прихода сейсмической волны. При совместном использовании всей имеющейся информации точность решения задачи повышается.

С целью повышения точности решения задачи возможно также осуществлять прием угловых колебаний вокруг вертикальной оси, для чего необходимо ориентировать соответствующим образом сейсмоприемник. Информация от таких сейсмоприемников может использоваться для определения месторасположения источника колебаний по разностям времен прихода сейсмической волны. Эта информация может быть также полезна для изучения аномалий геологического строения поверхности.

В аномальных районах возможно искривление направления распространения сейсмических волн, что может явиться причиной ошибок в определении местоположения источника сейсмических волн. Для учета этого обстоятельства необходимо изучить характер распространения сейсмических волн в данном районе. Это может быть сделано при регистрации колебаний от источника с известным местоположением. Порядок выполнения во времени процедуры изучения аномальности района, в котором применяется данный способ, может быть различным в зависимости от поставленных целей. Например, при использовании предложенного способа для наблюдения за сейсмическим состоянием региона с целью локализаций землетрясений, извержений вулканов и пр. учет аномальности района производится по результатам наблюдений за аналогичными явлениями, уже произошедших в известных местах в предшествующий период времени. Возможно с этой целью организовать сейсмическое воздействие искусственного происхождения, например взрыв фугаса. В качестве другого примера рассмотрим применение способа для целей артиллерийской разведки. При обнаружении выстрелившего артиллерийского орудия по принятым от него сейсмическим колебаниям определяют его координаты без учета аномальностей района. После этого производят пристрелку предполагаемого места орудия и по угловым сейсмическим колебаниям, вызванным падением пристрелочного снаряда, вносят поправки к координатам до тех пор, пока не совпадут рассмотренные ранее критерии для определения места выстрелившего орудия и места падения снаряда.

Использование: для определения местоположения источника сейсмических колебаний, землетрясения, извержения вулкана, выстреливших артиллерийских орудий. Сущность изобретения: принимают угловые сейсмические колебания и измеряют их параметры вокруг двух горизонтальных и ортогональных между собой осей не менее чем на двух сейсмоприемниках. По соотношению измеренных амплитуд колебаний для каждого из приемников определяют направление фронта пришедшего сейсмического колебания и пеленг на источник сейсмических колебаний. По результатам пеленгации определяют местоположение источника колебаний. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ определения местоположения источника сейсмических колебаний поверхности земли, основанный на приеме сейсмических колебаний, отличающийся тем, что принимают и измеряют параметры угловых сейсмических колебаний вокруг двух горизонтальных и ортогональных между собой осей не менее чем на двух приемниках, расположенных и ориентированных известным образом на местности на некотором расстоянии друг от друга, и по соотношениям измеренных амплитуд колебаний для каждого из приемников определяют направление фронта пришедшего сейсмического колебания и пеленг на источник сейсмических колебаний, а по результатам пеленгации каждым приемником источника сейсмических колебаний определяют местоположение источника. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в местах приема сейсмических колебаний дополнительно измеряют разности времени прихода угловых сейсмических колебаний и на основании этой информации определяют пеленг на источник для каждой пары приемников, а по результатам пеленгации каждой парой приемников определяют местоположение источника. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в местах приема угловых сейсмических колебаний измеряют угловые колебания вокруг направления местной вертикали и по разностям времени прихода сейсмической волны на пары сейсмоприемников определяют местоположение источника сейсмических колебаний совместно с информацией о колебаниях вокруг горизонтальных осей. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что учет аномальности распространения сейсмических волн в данном регионе осуществляют путем регистрации сейсмических волн от преднамеренного сейсмического воздействия в известном месте, например, взрыв фугаса в окрестности предполагаемого места возникновения сейсмического воздействия естественного или искусственного происхождения.