СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА, ВРЕМЕНИ И СИЛЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ В СЕЙСМИЧЕСКИ АКТИВНОМ РАЙОНЕ Российский патент 2003 года по МПК G01V9/00 

Способ относится к геофизике.

За прототип выбран "Способ обнаружения землетрясения", заявка РФ 93030815 от 10.06.96.

Способ позволяет по метеорологическим картам, произведя несколько новых, дополнительных операций карандашом и вычислений по разработанным на основе многолетних наблюдений шкалам определения силы землетрясения определить-спрогнозировать место, время и силу землетрясения в сейсмически активном районе с большой точностью, контролируя постоянно сейсмическую обстановку в пространстве одной страны мира, нескольких стран на сколько позволяет масштаб карт, материальные затраты минимальные.

В основе заявленного технического решения заложена теория, основанная на том, что земная поверхность, прилежащие недра расстоянием в глубину включающие пограничный с твердым грунтом слой магмы как бы дышат, прогибаясь вверх, вниз от воздействия силы веса изменяющейся массы столба атмосферы, меньшей в области пониженного атмосферного давления, например в циклоне, большей в области повышенного атмосферного давления, например в антициклоне, относительно среднего уровня между их центрами.

Величина атмосферного давления на барометре на каждой метеостанции, приведенной к уровню моря, эквивалентна силе веса массы столба атмосферы, что эквивалентно величине деформации земной поверхности, прилежащих недр как опоры.

За нормальное атмосферное давление на Земле принимают атмосферное давление около 1013 гПа, что равно 1 атмосфере, 10 м водяного столба. Самое высокое на Земле атмосферное давление 1083,8 гПа приведенного к уровню моря отмечено 31.12.66 на станции Агата, СССР, Красноярский край, самое низкое - 870 гПа 24.09.58 в тайфуне над Тихим океаном. Величина разности амплитуд составляет 213,8 гПа, что составляет примерно пятую часть от нормального атмосферного давления, 0,2 атмосферы, 2 метра водяного столба. Разность веса составляет 21380 Н, разность массы 2138 кг. Изменение величины атмосферного давления на 1 гПа эквивалентно изменению силы веса в 100 Н на 1 м² при изменении массы на 10 кг. Рост атмосферного давления на барометре указывает, что сила веса столба атмосферы от увеличения массы увеличивается и наоборот.

Температура воздуха - другая физическая величина, характеризующая тепловое состояние атмосферы, имеет периодические изменения: суточный и годовой ход, непериодические изменения обусловлены атмосферной циркуляцией барических систем, воздушных масс.

Наиболее высокая температура на Земле +58^oС отмечена в Долине смерти в Калифорнии, США и в г. Триполи на севере Африки, наиболее низкая температура -83^oС отмечена в Антарктиде на станции Восток - разность амплитуд составляет 146^oС. (Учебник метеорология. Издание второе. Гидромет, 1982 г., И.И.Гуральник.).

Для прогноза поля атмосферного давления требуется по крайней мере анализ двух полей метеорологических элементов: поля температуры и поля атмосферного давления.

В совокупности холодная, теплая массы, антициклон, циклон располагаются на площади до нескольких миллионов км², перепад массы столпа атмосферы между центрами барических систем составляет триллионы тонн, что достаточно для значительной деформации Земной поверхности, прилежащих слоев недр.

Мысленно проведем вертикальную плоскость через атмосферу, недра вдоль пути движения антициклона к сейсмически активному району за циклоном, холодной массы к сейсмически активному району за теплой массой, где на фиг.3 изменение величин атмосферного давления, приведенного к уровню моря на карте "Анализ приземный", отобразит синусоида барической волны, где положительную часть с амплитудой определит антициклон с наибольшей величиной атмосферного давления в центре, отрицательную часть с амплитудой определит циклон с наименьшей величиной атмосферного давления в центре.

Изменение величин температуры воздуха на высоте 1500 м над уровнем моря на карте AT 850 гПа отобразит синусоида температурной волны, где отрицательную часть с амплитудой определит холодная масса с наименьшей величиной температуры в центре, положительную часть с амплитудой определит теплая масса с наибольшей величиной температуры в центре.

Изменение величин деформации земной поверхности, прилежащих недр, состоящих из горизонтальных твердых слоев грунта, ниже расположенных жидких, твердых, газоносных слоев недр, включающий верхний слой магмы, на каждом уровне отобразит синусоида волны деформации, где отрицательную часть с амплитудой определит прогибание земной поверхности, прилежащих горизонтальных слоев недр вниз, положительную часть с амплитудой определит прогибание земной поверхности, прилежащих горизонтальных слоев недр вверх с наибольшими величинами расстояния прогибания в амплитудах от оси волны.

На фиг.3 синусоида волны деформации, построенная под синусоидой барической волны относительно мнимой оси между ними, симметричны одна другой, где положительная часть с амплитудой барической волны определит отрицательную часть с амплитудой волны деформации, отрицательная часть с амплитудой барической волны определит положительную часть с амплитудой волны деформации. Параметры барической волны определяют параметры волны деформации.

Барическая волна является основной волной.

Существует неточность в определении зоны увеличения барического градиента по изобарам, проведенных через 5 гПа на приземной синоптической карте. Значительно точнее зону увеличения барического градиента определяет по передней части фронтальной зоны холодного фронта, являющейся зоной увеличения температурного градиента, по изотермам, проведенных через 2^oС на карте барической топографии AT 850 гПа проекцией, переносом передней, задней границ передней части фронтальной зоны холодного фронта с карты AT 850 гПа на приземную синоптическую карту, приняв скорректированные вдоль изобар переднюю, заднюю границы передней части фронтальной зоны холодного фронта за переднюю, заднюю границы зоны увеличения барического градиента.

Температурная волна является уточняющей волной.

На фиг. 2 синусоида температурной волны, построенной над синусоидой барической волны относительно мнимой оси между ними, приблизительно симметричны одна другой, где приблизительно отрицательная часть температурной волны определит положительную часть барической волны, положительная часть температурной волны определит отрицательную часть барической волны.

Каждая из трех синусоид волн имеет параметры: положительную, отрицательную части с амплитудами, длину, зону увеличения барического градиента для барической волны, переднюю часть фронтальной зоны холодного фронта для температурной волны, зону увеличения градиента деформации в виде отрезков синусоиды, ось, причем ось каждой из синусоид волн определяют как среднее арифметическое значение двух амплитуд, где точки пересечения синусоиды с осью являются границами барических систем для барической волны, воздушных масс для температурной волны, отрицательной, положительной частей для волны деформации.

Сейсмически активные районы определяют на приземной синоптической карте как районы, расположенные в местах разломов земной коры, где когда-либо происходили землетрясения, а разломами земной коры являются трещины в коре, заполненные "слабым", сыпучим грунтом по сравнению с более твердым грунтом монолитных слоев.

Строение жидкостноносных, газоносных горизонтальных слоев в разломе нарушено, сыпучий грунт разлома является своеобразной плотиной, запрудой, перекрывающей горизонтальный перетек жидкости, газа до минимума по сравнению со свободным горизонтальным перетоком, существующий вне разлома.

Общий вес массы столба атмосферы антициклона, циклона в барической волне при движении антициклона за циклоном уравновешивается горизонтальным перетоком жидкости, газа, магмы в горизонтальных слоях недр, направленного от антициклона к циклону, где при свободном перетоке в верхних слоях недр амплитуды частей волны деформации нижерасположенного уровня резко затухают и не достигают до магмы.

При наличии между антициклоном и циклоном разлома, перекрывающего свободный перетек массы жидкости, газа, амплитуды частей волны деформации уровней с глубиной затухают в меньшей степени, чем при свободном перетоке, и достигают до магмы.

Существует вертикальный кругооборот жидкости в недрах, наиболее интенсивный в разломах земной коры. Массы воды, нефти поступают, просачиваясь через пористый грунт в глубину недр, приближаясь к магме, нагреваясь, переходят в газообразное состояние. Нагретый пар поступает в верхние слои, охлаждается, переходя в жидкое состояние. В круговороте участвует и газ.

По отношению к глубине недр кругооборот в отрицательной части волны деформации назовем положительным, когда значительное количество массы воды, нефти, газа, уходя в глубину при надавливании столба атмосферы антициклона образуют в глубине избыток. Кругооборот в положительной части волны деформации назовем отрицательным, когда значительное количество массы воды, нефти, газа поднимается из глубины в верхние слои при надавливании столба атмосферы циклона, образуя в глубине дефицит.

Предвестником землетрясения является сильное похолодание, движущееся к сейсмически активному району с большой скоростью.

Виновником землетрясения является интенсивно усиливающийся антициклон, движущийся к сейсмически активному району с большой скоростью.

Одной из причин землетрясения является большое "поршневое" давление, создаваемое в горизонтальных жидкостноносных, газоносных слоях недр при их сдавливании сверху под воздействием увеличивающейся массы движущегося к разлому антициклона, передней его части, расстоянием от передней границы до наибольшей величины атмосферного давления в антициклоне, наиболее интенсивно в зоне увеличения барического градиента, где передняя часть отрицательной части волны деформации, определяемой передней частью антициклона, представляет собой подобие поршня, где более эффективная рабочая поверхность поршня расположена в месте, определяемом зоной увеличения барического градиента с наибольшим углом наклона к горизонту рабочей поверхности, движущейся к разлому с большой скоростью, нагнетающий под давлением массу жидкости, газа к разлому, в разлом и далее в глубину разлома в совокупности с вертикальным воздействием веса увеличивающейся массы столба атмосферы усиливающегося антициклона, надавливающего твердым слоем недр на магму.

Механизм происхождения землетрясения является по сути механизмом действия парового двигателя, двигателя внутреннего сгорания. Зона увеличения барического градиента обуславливает интенсивный положительный кругооборот, далее от надавливания твердого слоя недр на магму уровень магмы в разломе начинает повышаться, усиливая давление на грунт разлома снизу вверх, расплавляя вышерасположенные твердые слои. В результате интенсивного порообразования, значительного увеличения давления в глубине недр, грунт разлома начинает перемещаться вверх, создавая на поверхности землетрясение. Существует большая вероятность того, что пары воды, нефти, газ образуют гремучую смесь, масса которой входит в соприкосновение с магмой, воспламеняясь, многократно увеличивая давление. Начало движения грунта сопровождается взрывом, являющимся гипоцентром.

С помощью обработанных в метеорологическом отношении карт аэросиноптического материала определяют на приземной синоптической карте путь движения к сейсмически активному району усиливающегося антициклона, например вдоль оси ведущего потока, при движении за циклонов барических систем, составляющих барическую волну, образующуюся от воздействия силы веса изменяющейся массы столба атмосферы на земной поверхности, в недрах волну деформации.

Определяют максимальную скорость его движения.

Находят на указанной карте переднюю границу антициклона, которую ведут по изобаре, определяемой путем вычисления среднего арифметического значения между максимальной величиной атмосферного давления в антициклоне и минимальной в циклоне.

На карте барической топографии AT 850 гПа определяют переднюю границу фронтальной зоны холодного фронта в месте начала значительного сгущения изотерм, которую ведут по изотерме.

На указанной карте определяют границу холодного фронта или линию холодного фронта по наибольшему сгущению изотерм, ведут по изотерме.

На указанной карте определяют переднюю часть фронтальной зоны холодного фронта, размерами в длину равной расстоянию от передней границы фронтальной зоны холодного фронта до границы холодного фронта, определяющихся передней и задней ее границами.

Определяют на приземной синоптической карте, в районе передней границы антициклона, зону увеличения барического градиента в виде четырехугольника, размеры которого в длину определятся размерами длины передней части фронтальной зоны холодного фронта путем проекции ее границ с карты AT 850 гПа на приземную синоптическую карту с аналогичным названием границ, ведут вдоль изобар. В случае, если изотермы не параллельны изобарам, перенесенные границы передней части фронтальной зоны холодного фронта корректируют вдоль изобар. Ширину определяют расстоянием до нескольких сотен км, равноудаленных в обе стороны от линии пути направления движения антициклона.

Место и время прогнозируемого землетрясения отожествляют с прогнозируемым положением и временем нахождения зоны увеличения барического градиента в сейсмически активном районе.

Определяют силу прогнозируемого землетрясения в баллах по шкале Рихтера на номограмме, отображенной на фиг. 1, построенной на основе многолетних наблюдений, где по оси абцисс ведут величину максимальной скорости движения задней границы зоны увеличения барического градиента, по оси ординат - разность величин атмосферного давления между максимальной в антициклоне и на задней границе зоны увеличения барического градиента, отсчеты производят на радиальных кривых.

Развитие антициклона, определяющееся увеличением величин атмосферного давления в центре антициклона, увеличение скорости движения ионы увеличения барического градиента до больших значений, приближающихся к экстремальным, определяют разрушительное землетрясение.

Использование: для прогнозирования землетрясений по метеоданным. Сущность: по метеоданным строят приземную синоптическую карту и карту барической топографии АТ 850 гПа. На приземной синоптической карте определяют усиление антициклона. Определяют направление и скорость его движения к сейсмически активному району. Находят на приземной синоптической карте переднюю границу антициклона. На карте барической топографии АТ 850 гПа определяют переднюю часть фронтальной зоны холодного фронта. Определяют на приземной синоптической карте зону увеличения барического градиента. Место и время прогнозируемого землетрясения отожествляют с прогнозируемым положением и временем нахождения зоны увеличения барического градиента в сейсмически активном районе, силу прогнозируемого землетрясения определяют по номограмме, вычисленной на основе многолетних наблюдений по величине скорости движения границы холодного фронта и атмосферного давления в антициклоне. Технический результат - постоянный контроль сейсмической обстановки. 2 ил.

Способ определения места, времени и силы землетрясения в сейсмически активном районе, отличающийся тем, что по метеоданным строят комплект карт аэросиноптического материала, на приземной синоптической карте определяют развитие антициклона, следующего за циклоном, определяют направление и максимальную скорость его движения к сейсмически активному району, по изобаре, определяемой путем вычисления среднего арифметического значения между максимальной величиной атмосферного давления в антициклоне и минимальной в циклоне, находят на приземной синоптической карте переднюю границу антициклона, на карте барической топографии АТ 850 гПа определяют переднюю границу фронтальной зоны холодного фронта, границу холодного фронта и переднюю часть фронтальной зоны холодного фронта, длина которой равна расстоянию от передней до задней границ передней части фронтальной зоны холодного фронта, определяют на приземной синоптической карте, в районе передней границы антициклона зону увеличения барического градиента в виде четырехугольника, длина которого равна проекции передней части фронтальной зоны холодного фронта с карты АТ 850 гПа на приземную синоптическую карту, а ширина указанной зоны определяется расстоянием в нескольких сотен км, равноудаленных в обе стороны от линии направления движения антициклона, место и время прогнозируемого землетрясения отождествляют с прогнозируемым положением и временем нахождения зоны увеличения барического градиента в сейсмически активном районе, определяют силу прогнозируемого землетрясения в баллах по шкале Рихтера по экспериментально вычисленной номограмме, по оси абцисс которой отсчитывается величина максимальной скорости движения задней границы зоны увеличения барического градиента, а по оси ординат - разность величин атмосферного давления между максимальной в антициклоне и на задней границе зоны увеличения барического градиента, при этом отсчеты производят на радиальных кривых.