СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КООРДИНАТ И МАГНИТУД ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В СЕЙСМООПАСНЫХ ЗОНАХ Российский патент 2001 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к сейсмологии, а именно к способам определения расположения сейсмоопасных зон и узлов в коре сейсмоактивных регионов Земли, и может быть использовано при долгосрочном прогнозировании координат ожидаемых землетрясений.

Определение сейсмоопасных зон осуществляется на основе анализа многих факторов.

Известен способ определения сейсмоопасных зон, включающий определение аномальных явлений в ионосфере, связанных с землетрясениями (1). Способ предполагает наблюдение целого комплекса процессов, сопровождающих многие сейсмические события.

Однако изучение вариаций параметров ионосферы не позволяет с большой точностью определить расположение сейсмоопасных зон, поскольку они могут быть обусловлены иными причинами. Кроме того, данный способ довольно дорог, так как его реализация требует фиксирования множества различных параметров и использование искусственных спутников Земли.

Известен способ определения сейсмоопасных зон, основанный на наблюдении за изменением гидрометереологических элементов, которые над готовящимися очагами сильных землетрясений, то есть в сейсмоопасных районах, претерпевают определенные изменения (2).

Этот способ тоже не обеспечивает достаточную точность, так как изменения гидрометерологических элементов (солнечная активность, число ясных и пасмурных дней, температура воздуха, скорость ветра и т.п.) могут быть вызваны не только наличием сейсмоопасных узлов, но и изменениями климата, связанными, в частности, с развитием цивилизации человечества.

В связи с этим в настоящее время наиболее широко используют способ определения сейсмоопасных зон по пространственно-временным аномальным величинам следующих параметров: плотность сейсмогонных разрывов, наклон графика повторяемости землетрясений, число слабых землетрясений в единице времени в виде затиший и в виде аномалий, отношение времен вступлений упругих волн, выделившаяся сейсмическая энергия (3).

Способ позволяет выделить аномальные зоны, но карты, созданные таким способом, имеют вероятностно-прогностический характер и требуют ежегодного обновления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ определения расположения сейсмоопасных зон, включающий определение в исследуемом районе координат эпицентров, времени и магнитуд MP и ML ранее состоявшихся землетрясений и выделение по полученным данным сейсмоопасных зон (4).

Проведение сейсмического районирования по данному способу осуществляется двухстадийно. На первой стадии дается прогноз сейсмичности, то есть прогноз землетрясений, отнесенный к зоне очагов, а не к поверхности Земли (сейсмологические данные, графики повторяемости, карта активности). На второй стадии, на основании полученных материалов по прогнозу сейсмичности, учитывая глубину очагов, данные о соотношении между энергией землетрясений и бальностью, сведения о затухании интенсивности колебаний с расстоянием и другие материалы, строится собственно карта сейсмического районирования.

Этот способ, как и все вышеприведенные способы, обладает относительно низкой точностью, так как в основе этих способов заложен практически один и тот же алгоритм - сбор сведений, последующая статистическая обработка материалов и построение карт, который не учитывает представлений о среде на глубине очага и о протекающих в ней процессах.

Тем более, что выявление сейсмоопасных зон известными способами не позволяет получить информацию о качественном уровне магнитуды в этих зонах, что не позволяет выявить те зоны, в которых могут иметь место землетрясения с большими разрушительными последствиями.

Действительно, практически раздельный анализ местоположения сейсмоопасных зон и магнитуд ожидаемых землетрясений, получаемый известными способами, не дает целостной картины при сейсморайонировании.

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения расположения сейомоопасных зон, учитывающего расслоение коры (по физическим свойствам) на хрупкие и вязкие (или прочные и пластичные) слои и реакцию коры в целом на внешнее воздействие, что позволяет достичь новый технический результат, заключающийся в повышении точности и информативности.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения расположения сейсмоопасных зон, включающем определение в исследуемом районе координат эпицентров, времени и магнитуд MP и ML ранее состоявшихся землетрясений и выделение по полученным данным сейсмоопасных зон, на карте соединяют прямыми линиями последовательно по времени эпицентры землетрясений, для которых выполняется условие MP > ML, координаты точек пересечения линий отождествляют с местоположением сейсмоопасных узлов, определяют наличие и координаты расположения коровых разломов в том же районе, выделяют узлы, местоположение которых не совпадает с положением разломов, и судят о большем значении магнитуд в зонах, соответствующих этим узлам, по сравнению с величинами магнитуд в зонах, соответствующих местоположению остальных узлов.

Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.

Кора Земли может быть условно разделена на хрупкий и вязкий слои. В вязком слое при существенном изменении объема происходит пластическое деформирование и вязкое разрушение (срез).

При внешнем воздействии преобладает энергия изменения объема среды, а касательные напряжения быстро релаксируют. Отсюда следует, что такая среда характеризуется большим значением магнитуды продольных волн MP по сравнению с величиной магнитуды поверхностных волн ML.

В хрупком слое при существенном изменении формы (объем практически не меняется) наблюдается упругое деформирование формы объема. При приближении величины сдвиговых напряжений к величине предела прочности среды происходит хрупкое разрушение (скол) и сдвиг. В этом слое энергия поверхностных L-волн больше энергии продольных P-волн. Следовательно, величины магнитуд MP меньше, чем величины магнитуд ML.

Анализ большого числа сейсмологических данных по мировым сильным землетрясениям (порядка 300) показал, что все землетрясения можно разделить на две группы по соотношению между значениями магнитуд MP и ML.

К первой группе относятся землетрясения, для которых MP > ML, то есть происходящие в вязком слое.

Вторая группа характеризуется тем, что MP < ML и относится к землетрясениям в хрупком слое.

Очевидно, что реакция коры в целом на внешнее воздействие (на ранее свершившиеся землетрясения) определяется реакцией вязкого и хрупкого слоев.

Вязкий, расположенный глубже (порядка 10 км), слой пластично деформируется, накапливает энергию деформирования, которая скоротечно (из-за низкого предела прочности) разряжается в виде землетрясений с вязким разрушением.

Верхний хрупкий слой, деформируясь в том же направлении, "молчит" (ввиду высокого предела прочности), накапливая потенциальную энергию деформирования среды.

Отсюда следует, что направление пластического деформирования в вязком слое, для которого MP > ML, указывает на те же направления упругого деформирования в хрупком слое. Поэтому точки пересечения прямых линий (направления деформирования), соединяющих координаты эпицентров ранее состоявшихся землетрясений, для которых выполняется условие MP > ML, будут соответствовать пунктам максимальных упругих деформаций в хрупком слое вследствии перекрестного деформирования, то есть сейсмоопасным узлам.

Однако в этом случае полученные координаты сейсмоопасных узлов не позволяют однозначно идентифицировать их с точки зрения опасности, так как накопленная в них потенциальная энергия упругой деформации при последующем возможном землетрясении может привести к значительным разрушениям только в хрупком слое среды, не имеющей ослабленных зон, к которым относятся коровые разломы.

Поэтому из всех полученных положений сейсмоопасных узлов выделяют узлы, координаты которых не совпадают с положением коровых разломов и судят о большем значении магнитуд ожидаемых землетрясений именно в этих узлах.

Способ иллюстрируется чертежом, на котором изображена условная карта исследуемого района.

Изобретение реализуется следующим образом.

На карту наносятся координаты ранее состоявшихся землетрясений N 1, N 2, N 3, N 4, N 5, N 6, N 7, N 8, N 9, N 10, ..., N 1. Пусть меньшее значение индекса соответствует ранее наступившему землетрясению, то сеть время начала (дата, часы) землетрясения N 1 более ранее, чем землетрясения N 2 и т.д. У каждого землетрясения измеряют значения магнитуд MP и ML. Выявляют из всего множества землетрясений те, для которых выполняется условие MP > ML, например N 1, N 3, N 4, N 6, N 7, N 9.

Прямыми линиями соединяют на карте координаты этих землетрясений последовательно по времени их начала, то есть N 1 - N 3 - N 4 - N 6 - N 7 - N 9. (Естественно, что линии можно проводить последовательно от N 1 к N 9 или от N 9 к N 1). Точки пересечения линий отождествляют с сейсмоопасными узлами. Определяют также положение коровых разломов 1 и наносят их на ту же карту. Выделяют сейсмоопасные узлы 2, координаты которых не совпадают с расположением коровых разломов 1, что позволяет судить о большем значении магнитуд в этих узлах по сравнению с остальными узлами.

Источники информации
1. А. Г.Касымова, И.Н.Завойская. Ионосферный эффект вранческого землетрясения в Киеве, Геофизический журнал, 1989, т. II, N 1, с.76-80.

2. М. Р.Мильнис. Метереологичеекие предвестники землетрясений, Известия АН СССР, Физика Земли, 1986, N 3, с.36-37.

3. Инструкция по составлению карт ожидаемых землетрясений, ИФЗ АН СССР, ИГ АН ГССР, М., 1987.

4. Инструкция по проведению сейсмического районирования, ИФЗ АН СССР, М. , 1960.

Изобретение относится к сейсмологии и может быть использовано при прогнозировании координат ожидаемых землетрясений. На карте исследуемого района прямыми линиями соединяют последовательно по времени координаты ранее состоявшихся землетрясений, у которых значение магнитуды МР больше, чем величина магнитуды ML. Координаты точек пересечения линий отождествляют с сейсмоопасными узлами. Далее выделяют узлы, координаты которых не совпадают с положением коровых разломов, и судят о большем значении магнитуд в этих узлах по сравнению с остальными узлами. Технический результат: повышение точности и информативности способа. 1 ил.

Способ прогнозирования координат и магнитуд землетрясений в сейсмоопасных зонах, включающий определение в исследуемом районе координат эпицентров, времени и магнитуд МР и ML ранее состоявшихся землетрясений и выделение по полученным данным сейсмоопасных зон, отличающийся тем, что выделяют сейсмоопасные узлы в точках пересечения линий, которые проводят на карте, соединяя последовательно по времени эпицентры землетрясений, удовлетворяющие условию МР>ML, далее определяют наличие и координаты расположения коровых разломов в том же районе, выбирают сейсмоопасные узлы, местоположение которых не совпадает с положением коровых разломов, и судят о большем значении магнитуд в сейсмоопасных зонах, соответствующих этим узлам, по сравнению с величинами магнитуд в сейсмоопасных зонах, соответствующих местоположению остальных узлов.