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 землетрясения, включающий выявление предвестников землетрясения, для чего фиксируют флуктуации определенных физических констант, например, вариации наклона земной поверхности, регистрируемые маятниковыми приборами и (или) флуктуации высокочастотных акустических и электромагнитных полей в приземном слое атмосферы и (или) 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 способ прогноза 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 включения такого предвестника, как сверхнизкие радиоволны, генерируемые излучающей системой "земля-ионосфера", 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 излучающей системой "земля-ионосфера", при этом информационные сигналы отбирают одновременно по меньшей мере в трех точках земной поверхности, посредством приемных радиоантенн.

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 излучающей системой "земля-ионосфера" обеспечивает высокую скорость распространения информационного сигнала и является новым фактором, который предлагается использовать для прогноза землетрясения.

Признак "информационные сигналы отбирают одновременно, по меньшей мере в трех точках земной поверхности, посредством приемных радиоантенн" обеспечивает возможность точной локализации местоположения источника информационных сигналов и, тем самым, местоположение эпицентра землетрясения.

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 от 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 Гц 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 волны, приводящие к механическим разрушениям на поверхности Земли.

Поскольку одновременно с возникновением упругих деформаций происходит изменение магнитного поля во времени с частотой 1 Гц < 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 м до (3-1)•10⁵ м. В диапазоне этих длин волн должна быть сосредоточена основная энергия электромагнитной волны.

Даже для сравнительно слабых землятрясений, 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 толщин 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).

Далее информационный сигнал распространяется по "естественному волноводу" - в пространстве между поверхностью Земли и ионосферой с длиной волны λp, определяющей полуволновой резонанс в системе "поверхность Земли - проводящий слой ионосферы".

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).

Кроме сверхдлинных электромагнитных волн, в качестве информационного сигнала о характере зарождающихся очагов землетрясений можно использовать весь диапазон волн, включая короткие и УКВ волны. Однако их количественные характеристики мощности на 10³-10⁵ раз меньше сверхдлинных волн.

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) развития механических деформаций; на фиг. 4 показан участок качественной зависимости изменения составляющей H_z вектора напряженности магнитного поля точке t₀ (см. фиг. 1) в укрупненном масштабе времени; на фиг. 5 показана схема, поясняющая реализацию способа.

На чертежах показаны разрез Земли 1, приемные антенны 2, очаг землетрясения 3, эпицентр землетрясения 4, магнитные линии Земли 5, космический аппарат-ретранслятор 6, ионосфера 7.

Приемные антенны 2 конструктивно аналогичны и представляют из себя антенные решетки (или одиночные элементы) способные принимать электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль поверхности земли. Каждая антенна 2 подключена к передатчику (на чертежах не показан).

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Развитие механических процессов в очаге землетрясения сопровождается генерированием электромагнитной волны, длинной от 3•10⁸ до (3-1)•10⁵ м и мощностью до 100 МВт. Этой мощности достаточно для пересечения Земли и выхода электромагнитных волн (т.е. информационного сигнала) в "волновод ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ - ИОНОСФЕРА". Здесь информационный сигнал улавливается антеннами 2 и через космический аппарат-ретранслятор 6 передается в компьютерный центр (на чертежах не показан), занимающийся обработкой информационных сигналов - предвестников землетрясения.

Для определения координат эпицентра 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 используют известные методы обработки (например, корреляционные) можно определить координаты очага землетрясения 3, оценить его интенсивность и определить положение эпицентра землетрясения 4.

Использование: краткосрочный прогноз землетрясений для предупреждения катастрофических последствий этого природного явления. Задача: повышение оперативности прогноза. Сущность: осуществляют прием и обработку информационных сигналов, поступающих из зон механических деформаций под землей. В качестве информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны, генерируемые излучающей системой "земля-ионосфера". Информационные сигналы отбирают одновременно по меньшей мере в трех точках посредством приемных радиоантенн в пространстве, ограниченном поверхностью земли и ионосферой. Технический результат: повышение оперативности прогноза за счет расширения набора предвестников землетрясения. 5 ил.

Способ прогноза местоположения и интенсивности землетрясения, включающий прием, по меньшей мере, в трех точках земной поверхности посредством приемных радиоантенн и последующую обработку электромагнитных информационных сигналов в геофизических полях деформационной природы, отличающийся тем, что в качестве электромагнитных информационных сигналов используют сверхдлинные радиоволны, генерируемые в очаге землетрясения, которые отбирают одновременно в пространстве, ограниченном поверхностью земли и ионосферой.