СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01V7/00 

Изобретение относится к области геофизических исследований Земли и может быть использовано при прогнозировании землетрясений, преимущественно в сейсмически активных районах.

Известно, что в сейсмически активных районах проявляются неприливные колебания ускорения силы тяжести, обусловленные сложными физико-химическими процессами в недрах Земли. Из-за сложного механизма подготовки землетрясений рассчитать теоретически величину неприливных изменений ускорения силы тяжести трудно. Экспериментальные данные показывают, что эти колебания достигают ±0,1-0,2 мГал (±10^-6 - 2•10^-6 м/с²) [1, 2]. Следует отметить, что неприливные изменения ускорения свободного падения происходят также под влиянием атмосферного давления. Установлено, что такие изменения в несколько раз превышают погрешность измерений, достигаемую при работах с современными гравиметрами (±0,01 мГал), т.е. они выделяются уверенно [1].

Однако установленные факты о неприливных колебаниях ускорения силы тяжести, а также имеющиеся данные о величине этих колебаний являются явно недостаточными для прогноза землетрясений. Для этого важна своевременная регистрация момента начала снижения ускорения свободного падения. Рост же ускорения силы тяжести, наоборот, будет свидетельствовать о затухании процессов, провоцирующих(вызывающих) землетрясения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ прогноза землетрясений, основанный на результатах гравиметрических исследований, включающий определение неприливных колебаний ускорения силы тяжести в гравиметрических пунктах [3]. Данный способ взят за прототип.

Установлено, что в период Мицусирского роя землетрясений 1965-1967 гг. в Японии наблюдался спад ускорения силы тяжести почти на 0,1 мГал, а затем возвращение его значений на прежний уровень.

Установлен также факт поднятия земной поверхности, соответствующий моменту снижения значений ускорения свободного падения. Кроме того, известны факты увеличения ускорения свободного падения. Так, имеются данные о вековом увеличении ускорения силы тяжести примерно до 0,02 мГал/год у оконечности полуостровов Босо и Миура (Япония) [3].

Все эти и другие данные о неприливных колебаниях ускорения силы тяжести имеют большую ценность. Однако большинство таких данных можно отнести к эпизодическим, т. к. справедливо отмечено [3], что до последнего времени пренебрегали измерениями вариаций силы тяжести для целей прогноза землетрясений. Кроме того, причина столь больших изменений ускорения силы тяжести не ясна.

Задачей создания изобретения является разработка простого по исполнению и достоверного по результату способа прогнозирования природных землетрясений.

Технический результат изобретения состоит в повышении надежности определения предвестников природных землетрясений.

Технический результат достигается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ выявления предвестников землетрясений, включающий определение неприливных колебаний ускорения силы тяжести в гравиметрических пунктах, и отличительных существенных признаков, таких как в гравиметрическом пункте проводят серию замеров абсолютных значений ускорения силы тяжести, по которым определяют их среднее значение, являющееся постоянной величиной для конкретного гравиметрического пункта, определяют вид зависимости периодических флуктуаций ускорения силы тяжести, определяют теоретический вид зависимости периодических флуктуаций абсолютных значений ускорения силы тяжести, затем ведут регулярные замеры абсолютных значений ускорения силы тяжести, сравнивают их с теоретическими значениями, а снижение фактических значений ускорения силы тяжести относительно теоретических данных на величину, превышающую максимальные отклонения ускорения силы тяжести, обусловленные влиянием атмосферного давления, принимают за предвестник землетрясения.

Принципиальная возможность реализации способа базируется на следующих теоретических положениях.

Известно, что существует взаимосвязь между ускорением свободного падения на поверхности небесных тел и их температурными условиями, описываемая следующей формулой [2]:

где q - ускорение свободного падения на поверхности небесного тела, м/с²; T_p и T_c - соответственно температура на поверхности и в центре небесного тела, К; П - постоянный коэффициент, равный 505,37078 (с⁴•К)/м².

Учитывая, что за малый промежуток времени T_c остается практически неизменной, то из этого следует, что q зависит практически от T_p. С увеличением T_p, q уменьшается и, наоборот, а при равенстве T_p и T_c, q принимает нулевое значение.

Таким образом, представленная формула дает теоретическое объяснение вариациям ускорения силы тяжести в сейсмически активных районах. Если, например, будет происходить разогрев подкоркового вещества или земной коры за счет образования или внедрения магмы на каких-либо участках, то на поверхности Земли будет отмечаться снижение значений ускорения свободного падения. В свою очередь, это приводит к поднятиям земной поверхности. Суммарный эффект поднятия земной поверхности от воздействия приливообразующей силы, которая действует на Земле со стороны Луны и Солнца, а также от сил, возникающих в результате снижения q на участках земной коры с повышенными тепловыми потоками, может достигнуть значительных величин. В результате возникают условия, когда будут происходить разрывы сплошности горных пород с достаточно высоким пределом их прочности. Что соответствует современным представлениям возникновения очага тектонического землетрясения [1, 5, с. 35, 36].

Процессы снижения теплового потока на каких-либо участках Земли, вызванные, например, оттоком вещества магмы или его охлаждением, будут сопровождаться увеличением ускорения силы тяжести на соответствующих площадях земной поверхности. А это является свидетельством снижения тектонической активности на этих площадях.

Ниже приводим пример реализации способа.

Прогнозирование природных землетрясений осуществляют следующим образом. Существующая в настоящее время аппаратура [6] позволяет проводить стационарные гравиметрические измерения по определению абсолютных значений ускорения свободного падения. В гравиметрическом пункте, оснащенном такой аппаратурой, проводят серию замеров абсолютных значений ускорения свободного падения, по которым определяют их среднее значение, являющееся постоянной величиной для конкретного гравиметрического пункта. Постоянная составляющая ускорения силы тяжести, зависящая от ширины местности, от высотных отметок земной поверхности и от плотности залегающих пород, будет иметь одно какое-то конкретное значение для любой конкретной точки земной поверхности. Однако гравитационное взаимодействие Земли с Луной и Солнцем приводит к периодическим вариациям ускорения силы тяжести. Амплитуда лунного приливного действия доходит до 0,249 мГал, а солнечного - до 0,096 мГал, так что суммарное влияние Луны и Солнца на ускорение силы тяжести на Земле достигает 0,345 мГал. При этом амплитуда приливных изменений ускорения силы тяжести зависит от ширины местности наблюдения и уменьшается к большим значениям широт [7]. Для учета приливных колебаний определяют вид зависимости периодических флуктуаций ускорения силы тяжести. Методическая основа получения такой зависимости известна [8] . Более того, известно, что приливообразующую силу можно рассчитать практически с любой точностью, и это дает возможность исследовать поведение твердой Земли в известном внешнем периодическом поле в диапазоне периодов от полусуток до полутора лет [5, с. 73]. Таким образом, зная постоянную составляющую ускорения свободного падения и вид зависимости периодических флуктуаций ускорения силы тяжести, устанавливают вид зависимости периодических флуктуаций абсолютных значений ускорения силы тяжести. Такая зависимость, установленная на основе теоретических расчетов и учитывающая суммарное влияние притяжения Луны и Солнца, может быть получена на будущее, что весьма важно для осуществления прогнозирования землетрясений. Далее, ведут регулярные замеры абсолютных значений ускорения силы тяжести и сравнивают их с теоретическими значениями. Момент снижения фактических значений ускорения свободного падения относительно теоретических данных на величину, превышающую максимальные отклонения ускорения силы тяжести, обусловленную влиянием атмосферного давления, принимают за предвестник землетрясения. Следует также отметить, что стабильный рост фактических значений ускорения свободного падения по сравнению с теоретическими данными, будет свидетельствовать о затухании процессов, порождающих землетрясения.

Предлагаемый способ позволяет при повышении достоверности прогнозирования природных землетрясений получить ценную научную и практическую информацию о вариациях силы тяжести на Земле.

Источники информации
1. А.с. СССР N 1163287, МПК G 01 V 1/00, БИ N 23, 1985.

2. Буланже Ю.Д. Неприливные изменения силы тяжести//Повторные гравиметрические наблюдения. Сб. научных труд. - М.: Нефтегеофизика, 1983, с. 3-10.

3. Рикитаки Т. Предсказание землетрясений. - М.: Мир, 1979, с. 264-266.

4. Тупицын И. С. Проблемы определения температуры в центре небесных тел//Геофизические методы поисков и разведки месторождений нефти и газа. Межвуз. сб. науч. тр. - Пермь: Перм. ун-т, 1998, с.1 26-129.

5. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. - М.: Наука, 1983, с. 35, 36, 73.

6. Арнаутов Г.П., Калиш Е.Н., Кокоулин Ф.И. и др. Измерение абсолютного значения ускорения силы тяжести лазерным баллистическим гравиметром. - Новосибирск: Ин-т автоматики и электрометрии СО АН СССР, 1978. Препринт N 89.

7. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К.Кикоина. - М.: Атомиздат, 1976, с. 995.

8. Маловичко А.К. Основной курс гравиразведки. Ч. 2. Изд. второе, испр. и доп. Пермь: ПГУ им. А.М.Горького, 1966, с. 100-105.

Использование при прогнозировании землетрясений, преимущественно в сейсмически активных районах. Сущность определяют неприливные колебания ускорения силы тяжести в гравиметрических пунктах. Проводят серию замеров абсолютных значений ускорения свободного падения, по которым определяют их среднее значение, являющееся постоянной величиной для конкретного гравиметрического пункта, определяют вид зависимости периодических флуктуаций ускорения силы тяжести и абсолютных значений ускорения силы тяжести, сравнивают их с теоретическими значениями. Момент снижения фактических значений ускорения свободного падения относительно теоретических данных на величину, превышающую максимальные отклонения ускорения силы тяжести, обусловленную влиянием атмосферного давления, принимают за предвестник землетрясения. Технический результат: повышение надежности определения предвестников природных землетрясений.

Способ выявления предвестников землетрясений, включающий определение неприливных колебаний ускорения силы тяжести в гравиметрических пунктах, отличающийся тем, что в гравиметрическом пункте проводят серию замеров абсолютных значений ускорения силы тяжести, по которым определяют их среднее значение, являющееся постоянной величиной для конкретного гравиметрического пункта, определяют вид зависимости периодических флуктуаций ускорения силы тяжести, определяют теоретический вид зависимости периодических флуктуаций абсолютных значений ускорения силы тяжести, затем ведут регулярные замеры абсолютных значений ускорения силы тяжести, сравнивают их с теоретическими значениями, а снижение фактических значений ускорения силы тяжести относительно теоретических данных на величину, превышающую максимальные отклонения ускорения силы тяжести, обусловленные влиянием атмосферного давления, принимают за предвестник землетрясения.