СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК G01V1/00 G01V9/00 

Изобретение относится к исследованию физических и химических процессов в недрах земной коры, приводящих к появлению предвестников землетрясений, и может быть использовано для прогнозирования землетрясений в сейсмически активных районах по пространственно-временным вариациям концентрационного потока паров ртути из земной коры в атмосферу, являющегося геохимическим предвестником землетрясений.

Известны геофизические способы контроля различных физических параметров, по которым прогнозируют землетрясения, основываясь на измерении деформаций земной коры, изменений геомагнитного поля, теллурических токов и удельного электрического сопротивления пород, определении связи движений земной коры с приближением землетрясений, а также на определениях периодичности сильных землетрясений и их связи с активностью Солнца.

Однако все они, как правило, базируются на учете изменения лишь физических свойств пород Земли и не учитывают физико-химические процессы, протекающие в земной коре (Рикитаке Т. Предсказание землетрясений.- М.: Мир, 1979, с. 80-271).

Известно также использование в качестве прогностических параметров геохимических предвестников землетрясений, в результате чего было установлено, что в период, предшествующий землетрясению, и в момент самой катастрофы в подземных водах возрастает концентрация содержащихся в них инертных газов - гелия, радона и аргона, и ряда химических элементов (уран, фтор), а для некоторых изменяется их изотопный состав (уран, углерод). Процессы, предшествующие землетрясению, сопровождаются формированием в подземных водах, территориально связанных с эпицентральной зоной землетрясения, газово-химической аномалии, проявляющейся в изменении химических показателей подземных вод, а также способствуют выщелачиванию микроэлементов из пород, оказывают влияние на скорость взаимодействия и смешивания глубинных вод с поверхностными (Открытие СССР. Диплом N129. Зарегистрировано в 1973 г. БИ N 42, 1973 г.).

Авторами этого открытия предполагается проводить измерения большого количества прогностических параметров, использовать результаты измерений большого числа станций наблюдения, что влечет за собой значительные финансовые затраты.

Известен также способ предсказания землетрясений, взятый в качестве прототипа, основанный на том, что в местах разрыва сплошности горных пород измеряют концентрации радиогенных газов Ar⁴⁰ и He, определяют величину отношения He/Ar⁴⁰, и одновременно измеряют величину теплового потока Земли. О предстоящем землетрясении судят по резкому изменению хода периодичности определяемых величин.

Однако использование этого прогностического параметра также не может с достаточной точностью и достоверностью свидетельствовать о возможности наступления землетрясения, поскольку содержание гелия и аргона в земной коре может изменяться не только перед землетрясением, но и благодаря их миграции за счет выщелачивания пород, содержащих радиоактивные элементы (aвторское свидетельство СССР N 507844 "Способ предсказания времени возникновения землетрясений", G 01 V 5/00, опубл. 25.03.1976 г.).

Задачей настоящего изобретения является использование для предсказания землетрясения нового прогностического параметра и повышение за счет его использования достоверности и надежности предсказания события.

Поставленная задача достигается тем, что в способе прогнозирования землетрясений, при котором осуществляют периодическую регистрацию предвестника землетрясения в данной области контроля, в качестве предвестника землетрясения регистрируют величину потока ртути в восходящем из земной коры почвенном газе на глубине не менее 1 м от поверхности, при этом аномальное изменение величины потока свидетельствует о возможности возникновения землетрясения.

При регистрации предвестника землетрясения по крайней мере в трех пространственно разнесенных областях контроля проводят сопоставление величин зарегистрированных аномалий и определяют время, силу землетрясения и нахождение эпицентра.

На фиг. 1 представлены результаты измерений потока ртутных паров перед землетрясением 29 сентября 1981 г. в Душанбе.

На фиг. 2 представлен пример реализации измерений потоков ртутных паров за октябрь 1983 г.

На фиг. 3 представлен пример реализации измерений потоков ртутных паров за декабрь 1983 - январь 1984 гг.

В основе предложенного изобретения лежит тот факт, что одним из основных источников ртути в атмосфере является дегазация земной коры, которую можно представить как дегазацию или испарение ртути из верхнего слоя литосферы (почв и горных пород) за счет химических процессов и деятельности микроорганизмов, а также планетарную ртутную дегазацию верхней мантии. Помимо этих общих процессов величину восходящего потока ртутных паров в восходящем из земной коры почвенном газе определяют также механические напряжения и деформации горных пород в точке измерения, при которых становится подвижной и выделяется часть ртути, характеризующаяся низкими энергиями связи (1-3 ккал/моль). Эта ртуть находится в сорбированном состоянии на частицах и по плоскостям спайности зерен минералов, составляющих породу. Данные исследований подтверждают, что при механическом разрушении твердых тел газовыделение идет не только за счет газов, содержащихся в порах и включениях, но и за счет образования свежих поверхностей, по геологическим разломам.

Измерение таких потоков ртути и фиксация их изменения требует применения высокочувствительной аппаратуры, а также устранения различных факторов, в том числе метеорологических, которые могут существенно влиять на результаты определений.

Регистрацию потоков ртутных паров в восходящем из земной коры почвенном газе осуществляют следующим образом.

Измерения проводили атомно-флуоресцентными фотометрами после предварительного накопления паров ртути на биспиральном золотом коллекторе. Пробоотборниками служили плоские коробки из винипласта, установленные вверх дном в яме глубиной не менее 1 м в полу подземного бункера и засыпанные грунтом. Два отверстия по диагонали пробоотборника соединяли полиэтиленовыми трубками с входным и выходным отверстиями атомно-флуоресцентного фотометра. Поступавшие в пробоотборник пары ртути со скоростью 0,4 л/мин циркулировали в замкнутой системе: пробоотборник - золотой коллектор - фотометр - пробоотборник. Вся ртуть после измерения возвращалась в пробоотборник. Градуировку осуществляли инжекционным (шприцевым) методом по насыщенным парам ртути. Суточные и сезонные изменения температуры в пробоотборнике не превышали 0,05^oC, температуру в бункере стабилизировали на уровне (22 ± 0,5)^oC. Измерения проводились в круглосуточном автоматическом режиме с интервалами между измерениями 1 ч. Всего проведено более 25000 измерений.

Обработка полученных результатов показала, что их распределение подчиняется логнормальному закону со средним значением потока ртутных паров, равным 0,22•10^-9 г/(м²•ч). Размах вариаций величин потока составил около 3 порядков величины. Наряду со случайными вариациями наблюдались периодические колебания с различными периодами и амплитудами. Автокорреляционный и Фурье-анализ показали наличие гармонических составляющих с периодами 11,4; 23,4 ч и 13,6 суток. Это соответствует приливно-отливным колебаниям земной коры, возникающим при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем и указывает на высокую чувствительность потока паров ртути к деформациям подстилающих горных пород, составляющим 10^-8 - 10^-9 отн.%.

За период измерений с 1981 по 1985 г. на станции около г. Душанбе (Таджикистан), был зафиксирован 51 предвестник землетрясения. Например, перед землетрясением 29 сентября 1981 г. в Душанбе магнитудой 3 балла и эпицентром, расположенным на расстоянии 20 км от точки измерения, было получено увеличение потока ртутных паров в 5 раз за 29 ч и в 90 раз за 19 ч до землетрясения (фиг. 1).

Примеры реализаций измерений потоков ртутных паров за периоды октября 1983 г. и декабря 1983 - января 1984 гг. представлены на фиг. 2 и 3.

Продолжительность предвестников обычно составляла 6-10 ч.

На основании полученных результатов выведена прогностическая зависимость, связывающая амплитуду предвестника А_пр (аномальное значение величины потока ртути) с интенсивностью I будущего землетрясения в баллах
I-3,3 А_пр+0,33.

Коэффициент корреляции этой зависимости равен 0,97.

Выведена также зависимость времени появления предвестника Т_пр до самого землетрясения от интенсивности землетрясения I
Т_пр (часы) = 25 I(баллы) + 51
Коэффициент корреляции этой зависимости равен 0,93.

При проведении измерений в одной точке значения, рассчитанные только по амплитуде предвестника, можно отнести только к событию, происшедшему в точке измерения.

С целью повышения достоверности и надежности предсказания землетрясения регистрацию предвестников проводят по крайней мере в трех пространственно разнесенных точках (станциях). По полученным в этом случае амплитудам предвестников можно оценить интенсивность землетрясения, время его наступления и расстояние до эпицентра.

Полученные результаты показали высокую чувствительность заявляемой методики и возможность ее использования для исследования сложных геологических и тектонических процессов и для достоверного и надежного предсказания землетрясений.

Использование: при прогнозировании землетрясений в сейсмически активных районах по пространственно-временным вариациям концентрационного потока паров ртути из земной коры в атмосферу, являющегося геохимическим предвестником землетрясений, для повышения достоверности и надежности прогноза. Сущность изобретения: осуществляют периодическую регистрацию предвестника землетрясения в данной области контроля, для чего регистрируют на глубине не менее 1 м величину потока ртути в восходящем из земной коры почвенном газе, и по аномальному изменению регистрируемой во времени величины выдают прогноз о возможности возникновения землетрясения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ прогнозирования землетрясений, при котором осуществляют периодическую регистрацию предвестника землетрясения в данной области контроля, отличающийся тем, что в качестве предвестника землетрясения регистрируют на глубине не менее 1 м величину потока ртути в восходящем из земной коры почвенном газе и по аномальному изменению регистрируемой по времени величины выдают прогноз о возможности возникновения землетрясения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию предвестника землетрясения проводят по крайней мере в трех пространственно разнесенных областях контроля и по сопоставлению величин зарегистрированных аномалий определяют время землетрясения, его силу и нахождение эпицентра.