СПОСОБ ПРОГНОЗА МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ИНТЕНСИВНОСТИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01V1/00 G01V3/00 

Изобретение относится к краткосрочным прогнозам землетрясений и может быть использовано для предупреждения катастрофических последствий этого природного явления.

Известен способ прогноза местоположения и интенсивности землетрясения, включающий выявление предвестников землетрясения, для чего фиксируют флуктуации физических констант, например вариации наклона земной поверхности, регистрируемые маятниковыми приборами и (или) флуктуации высокочастотных акустических и электромагнитных полей в приземном слое атмосферы, флуктуации режима подземных вод и газов (см. Горную энциклопедию, т. 2, с. 367-370).

Недостаток данного способа прогноза - низкая достоверность, поскольку отмечаются предвестники не сопровождающиеся землетрясениями и землетрясения без некоторых из упомянутых предвестников.

Известен также способ прогноза местоположения и интенсивности землетрясения, включающий прием и обработку информационных сигналов, поступающих из зон механических деформаций под землей (см. Горную энциклопедию, т. 2, с. 367).

Недостатки этого способа определяются природой информационных сигналов, в качестве которых выступают объемные сейсмические волны (продольные и поперечные), а также возбуждаемые ими в земной коре поверхностные волны Лява и Релея. Это снижает оперативность поступления прогноза и фактически обеспечивает только фиксацию параметров состоявшегося землетрясения.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении оперативности прогноза.

Технический результат, получаемый при решении названной задачи, выражается в расширении набора предвестников землетрясения за счет учета такого предвестника, как сверхдлинные радиоволны, генерируемые очагами землетрясения, имеющие скорость, существенно большую, чем объемные сейсмические волны.

Для решения поставленной задачи способ прогноза землетрясения, включающий прием и обработку информационных сигналов, поступающих из зон механических деформаций под землей, отличается тем, что в качестве информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны, генерируемые очагом землетрясения, при этом информационные сигналы отбирают за пределами атмосферы одновременно по меньшей мере в трех точках пространства посредством приемных радиоантенн, размещенных на космических аппаратах, при этом одновременно с фиксацией информационного сигнала осуществляют определение местоположения в пространстве каждого из космических аппаратов.

Кроме того, орбиты космических аппаратов располагают за пределами ионосферы.

Сопоставительный анализ признаков заявленного и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "в качестве информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны, генерируемые очагом землетрясения", обеспечивает высокую скорость распространения информационного сигнала и является новым фактором, который предлагается использовать для прогноза землетрясения.

Признак "информационные сигналы отбирают за пределами атмосферы" обеспечивает возможность использования космических аппаратов в качестве платформ для размещения приемных антенн.

Признаки "информационные сигналы отбирают одновременно по меньшей мере в трех точках пространства" и "при этом одновременно с фиксацией информационного сигнала осуществляют определение местоположения в пространстве каждого из космических аппаратов" обеспечивают возможность точной локализации местоположения источника информационных сигналов и тем самым местоположение эпицентра землетрясения.

Признак "посредством приемных радиоантенн, размещенных на космических аппаратах" обеспечивает возможность формирования глобальной сети предупреждения землетрясений при сравнительно небольших издержках на ее создание и тем самым способствует повышению надежности и оперативности прогнозов.

Признак второго пункта формулы изобретения обеспечивает оптимальные условия для прогнозирования, поскольку сводит до минимума влияние посторонних факторов на информационный сигнал.

В основе способа лежат следующие положения.

В очаге землетрясения возможны два типа возникновения упругих деформаций при взаимодействии соседних плит:
- надвиговая (торцовая часть одной плиты проскальзывает под другую);
- сдвиговая, когда плиты взаимодействуют с соседней, себе подобной в процессе горизонтально направленного трения друг о друга.

При таких типах деформаций сохраняется полный модуль магнитного поля земли при изменении (перераспределении) составляющих вектора магнитного поля земли (механически изменяется ориентировка доменов в объемах деформирующегося материала, которые искажают силовые линии магнитного поля земли).

Например, типичные опытные (качественные) данные по измеренным составляющим магнитного поля на поверхности земли, снятые магнитометрами выглядят следующим образом.

Если происходит резкий спад механических деформаций упомянутых типов (фиг. 1 и 2), то происходит одновременное изменение магнитного поля земли с периодом от 1 до 0,01 с, т.е. с частотой (f) от 1 до 100 Гц.

При механической деформации возникают упругие волны, распространяющиеся со скоростью до 8•10³ м/с - продольные и до 5•10³ м/с - поперечные, приводящие к механическим разрушениям на поверхности Земли.

Поскольку одновременно с возникновением упругих деформаций происходит изменение магнитного поля во времени с частотой 1 < f < 1000 Гц, а также и в другом широком спектре частот до десятков МГц, то создаются предпосылки для генерирования электромагнитной волны, соответствующей длины от 3•10⁸ до (3 - 1)•10⁵ м. В диапазоне этих длин волн должна быть сосредоточена основная энергия электромагнитной волны.

Даже для сравнительно слабых землетрясений, освобождающих механическую энергию до 10^8-10 Дж, мощность сверхдлинных (100-300 км) электромагнитных волн, может достигать от 10 до 100 МВт. Этой мощности достаточно для многократного пересечения толщи Земли (в отличие от коротковолновых и УКВ волн, поглощаемых осадочными породами Земли (проводимость σ велика и составляет до 10^-2 - 10^-1 Ом^-1 м^-1) сверхдлинные электромагнитные волны легко проходят проводящий слой в оболочке Земли и могут увлекаться вдоль магнитных слоев в космос на значительные расстояния (до 2-5 радиусов Земли).

По мощности приходящего на приемные антенны сигнала электромагнитной волны можно оценить мощность механической энергии, освобождающейся в очаге землетрясения. Зная координаты трех или более приемных антенн, можно определить координаты эпицентра (проекции очага землетрясения на поверхность Земли).

На фиг. 1 показана качественная зависимость изменения составляющей H_z вектора напряженности магнитного поля на поверхности Земли при опасном (скачкообразном, взрывном) развитии механических деформаций; на фиг. 2 показана качественная зависимость составляющих H_x,y вектора напряженности магнитного поля при появлении и исчезновении очага механических напряжений; на фиг. 3 показана качественная зависимость изменения составляющей H_z вектора напряженности магнитного поля на поверхности Земли при неопасном (с позиции уровня силы землетрясения) развитии механических деформаций; на фиг. 4 показан участок качественной зависимости изменения составляющей H_z вектора напряженности магнитного поля в точке t₀ (см. фиг. 1) в укрупненном масштабе времени; на фиг. 5 показана схема, поясняющая реализацию способа.

На чертежах показаны разрез земли 1, космические аппараты, снабженные приемными антеннами 2, очаг 3 землетрясения, электромагнитные волны 4, излучаемые очагом землетрясения 3, магнитные линии земли 5, верхняя граница ионосферы 6, эпицентр землетрясения 7.

Приемные антенны 2 конструктивно аналогичны и представляют из себя антенные решетки (или одиночные элементы), способные принимать электромагнитные волны.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Развитие механических процессов в очаге землетрясения сопровождается генерированием электромагнитной волны 4 длиной от 3•10⁸ до (3 - 1)•10⁵ м и мощностью до 100 МВт. Этой мощности достаточно для пересечения Земли и выхода электромагнитных волн 4 (т.е. информационного сигнала) в космическое пространство (за пределы ионосферы 6) по магнитным линиям 5. В околоземном космическом пространстве информационный сигнал улавливается антеннами 2 (которых должно быть не меньше трех) космических аппаратов, находящихся на околоземной орбите, после чего полученная информация передается в компьютерный центр (не показан), занимающийся обработкой информационных сигналов - предвестников землетрясения. Одновременно с этим в компьютерный центр передается информация о местоположении в пространстве космического аппарата в момент получения информационного сигнала (определяемая, например известными на сегодня методами космической навигации).

Для определения координат очага землетрясения 3 и его эпицентра 7 используют известные пассивные методы определения координат излучателя. Для определения трех координат: линейного расстояния r и углов места ϑ и амплитуды ϕ необходимо измерить время прихода однотипного сигнала минимум на три приемных антенны.

Если координаты приемных антенн известны, то используя известные методы обработки (например, корреляционные) можно определить координаты очага землетрясения 3, оценить его интенсивность и определить положение эпицентра землетрясения 4.

Использование: для предупреждения катастрофических последствий землетрясений. Сущность: способ прогноза землетрясения, включает прием и обработку информационных сигналов, поступающих из зон механических деформаций под землей. В качестве информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны, генерируемые очагом землетрясения. При этом информационные сигналы отбирают за пределами атмосферы одновременно по меньшей мере в трех точках пространства посредством приемных радиоантенн, размещенных на космических аппаратах. Одновременно с фиксацией информационного сигнала осуществляют определение местоположения в пространстве каждого из космических аппаратов. Кроме того, орбиты космических аппаратов располагают за пределами ионосферы. Технический результат: повышение оперативности прогноза землетрясений. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ прогноза местоположения и интенсивности землетрясения, включающий прием и обработку за пределами ионосферы информационных сигналов, в качестве которых используют электромагнитные низкочастотные излучения, отличающийся тем, что в качестве информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны, генерируемые очагом землетрясения, при этом информационные сигналы отбирают одновременно по меньшей мере в трех точках пространства посредством приемных радиоантенн, размещенных на космических аппаратах, при этом одновременно с фиксацией информационного сигнала осуществляют определение местоположения в пространстве каждого из космических аппаратов. 2. Способ прогноза местоположения и интенсивности землетрясения по п.1, отличающийся тем, что в качестве информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны с частотой от 1 до 100 Гц.