СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ ЛИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ Российский патент 2000 года по МПК G01V11/00 G01V5/12 

Предлагаемое изобретение относится к геофизике, а именно к способам определения основ строения микро- и макрокомпонентов земной коры.

Аналоги изобретения, включающие признаки фундаментальных основ строения земной коры, не обнаружены.

Задача изобретения - повышение информации о строении и состоянии литосферы Земли.

Сущность изобретения заключается в разработке экспериментальных операций по определению размеров естественных микро- и макрокомпонентов литосферы, принципов их распределения в силовых полях по определенным диапазонам и ступеням диапазонов на основе исследований фотонной геоэмиссии с применением переносных измерителей электромагнитного излучения.

Новизна - на основе исследований только естественных процессов и использования только естественных величин впервые разработаны принципы строения литосферы, компоненты которой образуют диапазоны, а диапазоны составляют ступени, которые представляют ряд возрастающих вширь и убывающих вглубь величин.

Способ определения строения литосферы Земли выполняется в следующей последовательности.

В глубокой подземной шахте выбирают выработку с экстремальными условиями горного давления. С помощью измерительной фотонной эмиссии регистрируют ЭМИ в широком диапазоне частот. Анализируя результаты измерений, устанавливают кратность диапазонов длин волн исследованной части шкалы ЭМИ, ступеней диапазонов и размеров компонентов в диапазонах. Соотношения между этими величинами можно выразить уравнением, описывающим строение литосферы.

Пример конкретного исполнения.

Эксперименты проведены в шахтах Таштагольского РУ. Для проведения экспериментов был выбран орт 9 на гор. - 210 м, забой которого находился на глубине 1-1,5 м в отрабатываемом рудном штоке, а параллельно забою в 3,5-4 м от него, сзади, выработку пересекла дайка шириной 0,6 - 0,8 м.

В январе-марте 1998 года рудное тело и массив из скарнов и магнетитовых руд в окрестности орта 9 находились в состоянии первой категории удароопасности. За это время очистной фронт приблизился к забою орта 9 от 130 м, примерно, до 66 м. Энергия нагруженного взрывами штока релаксировала в дайку, с поверхностей которой, особенно с южного борта, регистрировалось активное ультрафиолетовое излучение. Регистрацию излучения производят с помощью прибора ИФЭ-1 с датчиками, содержащими ФЭУ-142 (45-360 нм) и ФЭУ-83 (360-1200 нм).

Диапазон регистрационных длин волн составляет 4,55•10^-8 - 1,25•10^-6 м. С помощью соотношения

где r_комп - радиус компонента литосферы; λ_ф - длина волны регистрируемого фотона; α^-1= 137 - постоянная строения Природы, определяющая размеры диапазонов, определяют, какими компонентами горных пород излучаются регистрированные фотоны:

где Δr_a - известный диапазон радиусов атомов.

Затем в шести скважинах, пробуренных веером по углам забоя (три другие скважины пробурены перпендикулярно друг другу), проведено камуфлетное взрывание ВВ по 3 кг в каждой. (Устойчивость штока объясняется высоким содержанием железа, более 65%). После этого величина нагружения дайкового материала (микросиениты, диориты) достигла значения величины его предельной прочности. Дайка начала растрескиваться и разрушаться. Раздавливание дайки штоков за счет увеличения его размеров сопровождалось активным излучением ЭМИ от радиодиапазона до рентгеновского.

Дозиметр ДРГЗ-02 с помощью измерителя мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н градуировался в единицах энергии. Диапазон длин волн, регистрированный с помощью дозиметров ДРГЗ-02 и ДРГЗ-01 при различных экстремальных состояниях массивов пород с 1983 по 1988 гг., составляет Δλ_ф= 3,8•10^-9 - 2,42•10^-12м.

Используя диапазон длин волн x- и γ - излучения и соотношение (1), находим

Полученные размеры представляют: 1,32•10^-15 - размер ядра или нуклона; 2,82•10^-15 - размер электрона; (2,67 - 4,56)•10^-12 м и менее - размер орбит ближних к ядру электронов.

Используя экспериментальные и известные данные размеров компонентов, можно составить соотношение
r_e= r_я= αλ_e= α²r_a= α³λ_a. (2)
где r_е - радиус электрона; r_я - радиус ядра; λ_e - длина волны электрона; r_а - радиус атома; λ_a - длина волны атома; (λ_комп.= r_взаим) - длина волны компонента или расстояние взаимодействия, в котором имеем ряд величин, кратных постоянной α^-1= 137.

Величины ряда в (2) при замене их на длины волн соответствующих им фотонов отличаются от последних на множитель 2π:
2πr_e= αλ_p= α²λ_у= a³λ_o, (3)
где λ_p - длина волны фотона рентгеновского диапазона; λ_у - ультрафиолетового диапазона; λ_o - оптического диапазона.

Анализ результатов экспериментов по исследованию фотонной геоэмиссии в период с 1983 по 1991 гг. показывает, что длины волн регистрированных фотонов всех отдельных измерений являются фрагментами единого спектра длин волн фотонов, излучаемых микро- и макрокомпонентами литосферы:

где 1,2, . . .,137 = β - характеризует расстояния, соответствующие различным состояниям компонента в диапазоне. В соотношении (2) наблюдается чередование размеров частиц и длин волн материи, а в соотношении (3) - длин волн фотонов, т.е. принципы квантования компонентов литосферы, их длин волн и длин волн фотонов одинаковы. Следовательно, нет различия в принципах квантования вещества и поля. Это позволяет рассмотренные выше (4) ряды величин описать одним уравнением

где l - радиусы и расстояния взаимодействий компонентов литосферы; λ_ф= 2πα^-кr_e - длина волны фотона, излучаемого компонентом; к = 1, 2,...9 - ступени строения вширь.

В таблице приведены диапазоны размеров микро- и макрокомпонентов литосферы Земли, рассчитанные по формуле (5).

Экономический эффект заключается в уточнении физико-механических методов прогноза горных ударов и землетрясений и социальный эффект - в развитии научных представлений о строении Природы.

Изобретение относится к геофизике, в частности к способам определения основ строения микро- и макрокомпонентов земной коры. Сущность изобретения заключается в том, что на основе регистрации в натурных условиях с применением измерителей фотонной геоэмиссии больших диапазонов ЭМИ, включающих не менее шести порядков длин регистрируемых волн, находят отношение длин волн фотонов к радиусам излучающих их компонентов. Используя это отношение и значения остальных длин волн регистрированных излучений, последовательно определяют возможные диапазоны размеров компонентов, сравнивая которые, определяют ступени диапазонов компонентов литосферы. Технический результат: уточнение физико-механических методов контроля горного давления, развитие научных представлений о Земле. 1 табл.

Способ определения строения литосферы Земли, включающий регистрацию с помощью измерителей фотонной эмиссии электромагнитного излучения в радиодиапазоне горных пород и определения размеров компонентов литосферы Земли, отличающийся тем, что измерения проводят на участках массивов вокруг подземных выработок с повышенной потенциальной энергией, дополнительно регистрируют излучение в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма диапазонах, а размеры компонентов литосферы определяют из соотношения
l = α^-kβr_e= λ_a/π,
где l - размеры и расстояния взаимодействий компонентов литосферы;
α^-1= 137 - постоянная строения литосферы;
k = 1, 2, ..., 9 - ступени строения компонентов литосферы, начиная от структур атомов;
β = 1, 2,..., 137 - характеризует расстояния, соответствующие различным состояниям компонентов в пределах своих диапазонов;
r_е - радиус электрона;
λ_a- длина волны фотона, излучаемого компонентом.