СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, ТЕКТОНИЧЕСКИХ И ТЕХНОГЕННЫХ ПОДВИЖЕК Российский патент 1998 года по МПК G01V9/00 G01V11/00 G01V3/12 

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для использования в службах прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек.

Известен способ прогноза землетрясений, основанный на измерении напряженности электромагнитного поля Земли в сейсмоактивном районе [1]
Недостатком способа является низкая надежность, т.к. он не позволяет определить силу готовящегося землетрясения и учесть локальные неоднородности ЭМ полей вследствие сложного, тектоно-орографического строения исследуемого района.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ оперативного прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек, включающий измерение сигналов в геофизических полях деформационной природы, отбор аномальных сигналов, определение на основании измерений магнитуды, места и времени землетрясений, тектонических и техногенных подвижек [2]
Недостатком способа является низкая его надежность, т.к. не учитывается структура аномального сигнала, как в масштабе реальных колебаний, так и в масштабе интегральной интенсивности, состоящей из стадий увеличения, уменьшения и замирания аномального сигнала в зависимости от местоположения станции по отношению к эпицентру.

Техническая задача изобретения повышение надежности за счет учета структуры аномального сигнала и дифференцирования по степени опасности зоны проявления предвестников землетрясений, тектонических и техногенных подвижек.

Для достижения поставленной технической задачи в способе оперативного прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек, включающем измерение сигналов в геофизических полях деформационной природы, отбор аномальных сигналов, определение на основании измерений магнитуды, места и времени землетрясений, масштаба и места тектонических и техногенных подвижек, измеряют не менее тремя прогностическими станциями амплитуду и частоту повторения импульсных сигналов и частоту повторения серий импульсных сигналов, скорость нарастания фронта и длительность импульсных сигналов и по полученным данным проводят отбор аномальных сигналов, после чего измеряют продолжительность стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, продолжительность стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала и продолжительность стадии замирания аномального сигнала на каждой прогностической станции, при этом расстояния (R_i) от прогностических станций до эпицентра землетрясений, места тектонических и техногенных подвижек определяют из соотношения:

где:
t₁ продолжительность стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, с;
t₂ продолжительность стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала, с;
t₃ продолжительность стадии замирания аномального сигнала, с;
M магнитуда;
K₁, K₂, K₃ масштабные коэффициенты, характеризующие региональные особенности процесса подготовки тектонического землетрясения, тектонической и техногенной подвижки;
A₁ постоянная, характеризующая масштаб очаговой зоны;
B₁ масштабная поправка к A₁;
A₂ постоянная, характеризующая масштаб процесса уменьшения интенсивности аномального сигнала;
B₂ масштабная поправка к A₂;
A₃ постоянная, характеризующая процесс замирания интенсивности аномального сигнала;
B₃ масштабная поправка к A₃;
C постоянная, характеризующая время развития неупругих деформаций в очаге;
T постоянная, характеризующая время развития процесса подготовки землетрясения, тектонической, техногенной подвижки для данного региона, T t₁+t₂+t₃;
p постоянная, характеризующая поправку к продолжительности стадии увеличения сигнала для данного района;
q постоянная, характеризующая поправку к продолжительности стадии уменьшения аномального сигнала для данного региона;
D ошибка измерений.

Способ оперативного прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек осуществляется следующим образом.

Измерение импульсных сигналов в геофизических полях деформационной природы (импульсном электромагнитном излучении) производили не менее тремя прогностическими станциями. На каждой станции была установлена аппаратура, состоящая из емкостных антенн, предусилителей, блока отбора аномальных сигналов и регистраторов цифрового и аналогового типов, блока подачи сигналов тревоги. Анализ поступающего на антенну естественного и техногенного шума проводился для сигналов, превысивших пороговый уровень в 10 мВ/м по полю.

Из поступающего на антенну сигнала удаляли флуктуационную составляющую и выделяли импульсную, для чего, исходя из пробных данных при выбранных условиях наблюдений, устанавливали пороговое значение по амплитуде A' (A' 10 млВ/м). Импульсный сигнал, превысивший пороговое значение по амплитуде A', поступал на анализатор амплитуды, скорости вращения фронта, длительности и частоты повторения за интервал t₁ (t₁ 0,5 с). При значениях скорости нарастания фронта z > z' (z' 5000 В/м/сек), регистрировалось время прохождения сигнала, его амплитуда и частота повторения s. При длительности импульсного сигнала j < j' (j' 100 мкс), частоте повторения s > s' (s' 30 Гц) за время t₂ 300 с регистрировалось прохождение серии импульсного сигнала с регистрацией длительности прохождения серии, числа импульсов в серии и частоты повторения серий g.

При наличии сигнала, удовлетворяющего условиям A > 10 мВ/м, z > 5000 В/м/с, s > 30 Гц, j < 100 мкс, g > 10 в течение времени t 300 с, производили отбор аномальных сигналов методом, описанным в статье В.А.Моргунов, И.В.Матвеев "Структура поля импульсного сейсмоэлектромагнитного излучения". Доклады Академии наук, 1992 г. том 323, N 4, стр. 653-656, и начинался отсчет времени появления сейсмоаномального сигнала с регистрацией стадии увеличения, уменьшения и замирания.

По наличию аномального сигнала на станциях, удаленных друг от друга на расстояние R_i определялась магнитуда готовящегося землетрясения, масштаба тектонических и техногенных подвижек из соотношения:
M (lg R_i b)/a,
где
a масштабный коэффициент, характеризующий размер зоны подготовки землетрясения, тектонической, техногенной подвижки для данного региона
b поправка к масштабному коэффициенту a.

Для каждой станции определялось расстояние (R_i) до гипоцентра землетрясения из соотношения:

где
t₁ продолжительность стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, с;
t₂ продолжительность стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала, с;
t₃ продолжительность стадии замирания аномального сигнала, с;
M магнитуда;
K₁, K₂, K₃ масштабные коэффициенты, характеризующие региональные особенности процесса подготовки тектонического землетрясения, тектонической и техногенной подвижки;
A₁ постоянная, характеризующая масштаб очаговой зоны;
B₁ масштабная поправка к A₁;
A₂ постоянная, характеризующая масштаб процесса уменьшения интенсивности аномального сигнала;
B₂ масштабная поправка к A₂;
A₃ постоянная, характеризующая процесс замирания интенсивности аномального сигнала;
B₃ масштабная поправка к A₃;
C постоянная, характеризующая время развития неупругих деформаций в очаге;
T постоянная, характеризующая время развития процесса подготовки землетрясения, тектонической, техногенной подвижки для данного региона;
p постоянная, характеризующая поправку к продолжительности стадии увеличения сигнала для данного района;
q постоянная, характеризующая поправку к продолжительности стадии уменьшения аномального сигнала для данного региона,
D ошибка измерений.

Аномальный сигнал может состоять из одной, двух или трех стадий: из стадии увеличения интенсивности, характеризующейся увеличением интенсивности интегрального сигнала от порогового уровня до максимального значения или из стадий увеличения и уменьшения интенсивности, характеризующейся уменьшением интенсивности интегрального сигнала от максимального значения или из стадий увеличения, уменьшения или замирания его интенсивности, характеризующейся отсутствием аномального сигнала над пороговым уровнем.

На станции, ближайшей к эпицентру землетрясения магнитуды M-60, аномальный сигнал состоял из стадии увеличения интенсивности аномального сигнала и стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала. Определялась продолжительность этих стадий, которые составляли соответственно, t₁ 23 ч. t₂ 2 ч. t₃ 0. Расчетное расстояние до гипоцентра составило d 31,6 км, при эпицентральном расстоянии 28 км (фиг. 1). (При K₁ 1, K₂ 0,5, K₃ 0,25, A₁ 0,5, B₁ 0,935, A₂ 0,43, B₂ 3, A₃ 0,43, B₃ 3, C 4,6, T 25, p 15, q 1, D 0).

На более удаленной второй станции аномальный сигнал состоял из трех стадий: стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала и стадии замирания аномального сигнала. Продолжительности этих стадий составляли, соответственно, t₂ 8,5 ч. t₂ 6,5 ч. t₃ 10 ч. Расчетное расстояние до гипоцентра составило 304 км при эпицентральном расстоянии 297 км. (фиг. 2). На третьей, наиболее удаленной станции, аномальный сигнал состоял из трех стадий: стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала и стадии замирания аномального сигнала. Продолжительности этих стадий составляли, соответственно, t₁ 5 ч. t₂ 10 ч. t₃ 10 ч. Расчетное расстояние до гипоцентра составило 481 км, при эпицентральном расстоянии 453 км (рис. 3).

По последовательному определению расстояния до эпицентра построением окружностей определялась эпицентральная зона, стягивающая со временем развития аномального сигнала к эпицентру готовящегося землетрясения.

Предложенный способ позволяет повысить надежность оперативного определения места, силы и времени землетрясения, масштаба и места тектонических и техногенных подвижек в условиях повышенных помех за счет учета структуры аномального сигнала в масштабах реальных колебаний и интегральной интенсивности (дифференцирование стадий аномального сигнала), что дает возможность определить зоны максимальных разрушений, опасные зоны и неопасные зоны.

Использование: в службах прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек. Сущность изобретения: производят измерение импульсных сигналов в геофизических полях деформационной природы не менее тремя прогностическими станциями, измеряют амплитуду и частоту повторения импульсных сигналов и частоту повторений серий импульсных сигналов, скорость нарастания фронта и длительность импульсных сигналов и по полученным данным проводят отбор аномальных сигналов, после чего измеряют продолжительность стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, продолжительность стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала на каждой прогностической станции. Расстояния от прогностических станций до гипоцентра землетрясений, места тектонических и техногенных подвижек рассчитывают по формуле. 3 ил.

Способ оперативного прогнозирования землетрясений, тектонических и техногенных подвижек, включающий измерение сигналов в геофизических полях деформационной природы, отбор аномальных сигналов, определение на основании измерений магнитуды, места и времени землетрясений, масштаба и места тектонических и техногенных подвижек, отличающийся тем, что измеряют не менее тремя прогностическими станциями амплитуду и частоту повторений импульсных сигналов и частоту повторений серий импульсных сигналов, скорость нарастания фронта и длительность импульсных сигналов и по полученным данным проводят отбор аномальных сигналов, после чего измеряют продолжительность стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, продолжительность стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала и продолжительность стадии замирания аномального сигнала на каждой прогностической станции, при этом расстояния от прогностических станций до гипоцентра землетрясений, места тектонических и техногенных подвижек определяют из соотношения

где t₁ продолжительность стадии увеличения интенсивности аномального сигнала, с;
t₂ продолжительность стадии уменьшения интенсивности аномального сигнала, с;
t₃ продолжительность стадии замирания аномального сигнала, с;
М магнитуда;
К₁, К₂, К₃ масштабные коэффициенты, характеризующие региональные особенности процесса подготовки тектонического землетрясения, тектонической и техногенной подвижки;
А₁ постоянная, характеризующая масштаб очаговой зоны;
В₁ масштабная поправка к А₁;
А₂ постоянная, характеризующая масштаб процесса уменьшения интенсивности аномального сигнала;
В₂ масштабная поправка к А₂;
А₃ постоянная, характеризующая процесс замирания интенсивности аномального сигнала;
В₃ масштабная поправка к А₃;
С постоянная, характеризующая время развития неупругих деформаций в очаге;
Т постоянная, характеризующая время развития процесса подготовки землетрясений, тектонической, техногенной подвижки для данного региона;
р постоянная, характеризующая поправку к продолжительности стадии увеличения сигнала для данного района;
q постоянная, характеризующая поправку к продолжительности стадии уменьшения аномального сигнала для данного региона;
D ошибка измерений.