СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ Российский патент 2003 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования сейсмической опасности.

Известен способ прогноза землетрясений, включающий регистрацию низкочастотного электромагнитного излучения с борта космического аппарата, дополнительного сканирования участков подстилающей земной поверхности в момент превышения излучения фонового уровня в рентгеновском диапазоне с энергией 2-2,5 кэВ и уточнение местоположения землетрясения по наличию и интенсивности, превышающих ее фоновое значение не менее чем на 20 стандартных отклонений (см. RU патент 2045086, кл. G 01 V 9/00, 1995).

Данный способ имеет низкую эффективность прогноза, т.к. измерение сейсмических возмущений электромагнитного поля Земли затруднены высоким уровнем его естественных и техногенных вариаций, которые обусловлены, например, возмущениями ионосферы или грозовой активностью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ сейсмического микрорайонирования, включающий возбуждение сейсмических колебаний, регистрацию их сейсмоприемниками, определение магнитуды, измерение пиковых ускорений и длительности колебаний, определение средневзвешенной частоты колебаний исследуемого и эталонных грунтов и суждения о наличии сейсмической опасности (см. RU патент 2162606, кл. G 01 V 1/00, 2001).

Данный способ имеет низкую достоверность прогнозирования сейсмической опасности, т. к. не учитываются все характеристики напряженно-деформированного состояния тектоноразломной обстановки исследуемой территории.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности прогнозирования сейсмической опасности. Техническим результатом является повышение достоверности прогнозирования сейсмической опасности за счет фиксации летучих глубинных газов, их радикалов и легких частиц при активизации глубинных разломов планетарного ранга, что является следствием напряженно-деформированного состояния тектоноразломной обстановки исследуемой территории.

Технический результат достигается в способе прогнозирования сейсмической опасности, включающем сейсморайонирование исследуемой территории с определением магнитуды, предварительный отбор проб газов, определение длины волны спектра глубинных газов из ряда серосодержащие, метановые, галогенводородные, углекислые и водород путем определения линейного спектра поглощения света, определение высоты (h) их истечения от поверхности глубинных разломов путем регистрации на разных высотах с помощью спектрометра с набором фильтров, соответствующих длине волны спектра глубинных газов, и суждение о наличии сейсмической опасности при достижении величиной h значения высоты истечения глубинных газов, соответствующей магнитуде, определенной по данным сейсморайонирования.

Определение высоты истечения глубинных газов производят с летательных аппаратов или с наземных устройств.

В фильтрах спектрометра выполнены прорези, соответствующие длинам волн глубинных газов.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в предварительном отборе проб глубинных газов, определении длины волны спектра глубинных газов из ряда серосодержащие, метановые, галогенводородные, углекислые и водород путем определения линейного спектра поглощения света, определение высоты (h) их истечения от поверхности глубинных разломов путем регистрации на разных высотах с помощью спектрометра с набором фильтров, соответствующих длине волны спектра глубинных газов, и суждения о наличии сейсмической опасности при достижении величиной h значения высоты истечения глубинных газов, соответствующей магнитуде, определенной по данным сейсморайонирования. Это позволяет повысить достоверность прогнозирования сейсмической опасности за счет определения пространственного положения границ активизировавшихся тектонических блоков по эманации глубинных газов, как следствия активизировавшихся глубинных разломов на той части поверхности исследуемой территории, над которой, в том числе, зарегистрированы зоны радиопомех и линейные облачные аномалии.

Активизация глубинных разломов планетарного ранга земной коры сопровождается эманацией глубинных газов, которые с гидроксилами и другими радикалами атмосферы, тропосферы и т.д., которые могут образовывать, в том числе, линейные облачные аномалии, зоны радиопомех и т.д. и делают геодинамику земной коры "видимой" (Морозова Л.И. Облачные индикаторы геодинамики земной коры // Физика Земли, 1993, 10, стр. 108-112).

Глубинные газы являются продуктами магмаобразования в земной коре. К летучим компонентам в основном относятся газы и их радикалы, состоящие из следующих химических соединений: H₂S, H₂, HCl, HF, CO₂, COS, CS₂, CH₄ и др.

При повышенной сейсмотектонической обстановки земной коры изменяется ее напряженно-деформированное состояние, при котором активизируются глубинные разломы. Летучие газы с глубины 50-150 км через образовавшиеся трещины поднимаются к дневной поверхности и могут быть зафиксированы аналого-цифровыми устройствами как с летательных аппаратов, так и с наземных станций слежения. Глубинные газы, их радикалы (анионы и катионы) и легкие частицы под большим напором преодолевают расстояние до тропосферы (12-16 км) и фиксируют свое присутствие полосами радиопомех (радиошумов) и линейными облачными аномалиями - продуктами химических реакций с веществом атмосферы и тропосферы и образованием аэрозолей.

Активизация глубинных разломов приводит к истечению радикалов (катионов, анионов) глубинных газов над поверхностью земли по длине на многие сотни километров. Ионосфера (300 км) реагирует адекватно: между поверхностью земли и ионосферой возникает волновод, по которому катионы устремляются вверх.

Глубинные газы и легкие частицы также устремляются вверх, согласно градиенту плотностной дифференциации на определенную высоту. В случае возникновения линейных облачных аномалий (ЛОА), они приобретают импульсивный характер, т.к. продолжительность жизни ЛОА менее часа. Импульсный характер волновода Земля-ионосфера обусловлен импульсивным характером истечения глубинных газов. Как правило, вблизи очагов землетрясений появляется большое количество газов за несколько часов до толчка.

Земная кора имеет разломно-блоковое строение. По краям блоков возрастает тектоническая активность, которая в зоне контакта блоков, на ее границах достигает максимума, поскольку по разломам происходит перемещение и взаимодействие блоков. Планетарная сеть мегатрещинноватости создает условия наблюдать тектоническую активность на больших площадях, а эманация глубинных газов, их радикалов и легких частиц, следствием взаимодействия которых с газами атмосферы являются, в том числе, локально-вытянутые облачные аномалии и зоны радиопомех, позволяют судить о сейсмической опасности.

Определение спектров газов и выделение из их числа глубинных на исследуемой территории с борта, например, космического аппарата позволяет одновременно наблюдать физические процессы, происходящие в различных геосферах, имеющих различную динамику.

Установка наземной регистрирующей аппаратуры вблизи пересечения тектонических разломов и линейно-вытянутых облачных аномалий позволяет получать достоверные данные геофизических наблюдений в активных геодинамических зонах.

Способ прогнозирования сейсмической опасности осуществляется следующим образом.

Предварительно отбирают пробы глубинных газов, определяют длину волны спектра глубинных газов из ряда серосодержащие (S₂), метановые (СН), галогенводородные (HF), углекислые (СО) и водород (Н₂) путем определения линейного спектра поглощения света. Пробы глубинных газов отбирают стандартным пробоотборником и исследуют на газоанализаторах.

Газы поглощают свет более или менее селективно: поглощение велико лишь в областях частот, близких к частотам собственных колебаний электронов в атомах и атомов в молекулах. Наиболее четко это явление резонансного поглощения света обнаруживается у разреженных одноатомных газов, для которых характерен линейный спектр поглощения света. Здесь дискретные частоты интенсивного поглощения света совпадают с частотами собственного излучения возбужденных атомов газа. У газов с многоатомными молекулами наблюдаются полосы поглощения, структура которых определяется составом и строением молекул.

Затем определяют высоту (h) истечения глубинных газов от поверхности глубинных разломов путем регистрации их на разных высотах с помощью спектрометра с набором фильтров, соответствующих длине волны линейного спектра глубинных газов. В каждом фильтре спектрометра вырезаны прорези, соответствующие длине волны спектра каждого глубинного газа.

О присутствии глубинных газов судят по парам составляющих их атомов. Оптические спектры атомов (в ангстремах, 10^-10 м) приведены в таблице 1.

Длины волн глубинных газов (в ангстремах) приведены в таблице 2.

Определение h производят с летательных аппаратов или с наземных устройств.

Полученные данные аналого-цифровых устройств передаются на приемный пункт телеметрии в реальном времени или дискретно, через накопитель. Кроме того, аналого-цифровое устройство снабжено программой цифровых фильтров длин волн и может фиксировать только заданную длину волны спектра.

Наличие и количество глубинных газов, их радикалов и легких частиц берут из данных сейсморайонирования исследуемой территории, проведенного раннее, при котором была произведена регистрация глубинных газов.

О наличии сейсмической опасности судят при достижении величиной h значения высоты истечения глубинных газов, соответствующей магнитуде, определенной по данным сейсморайонирования.

Для Кроноцкого (Камчатка) землетрясения, Россия (05.12.97), произошедшего в 11 час 36 мин местного времени, с магнитудой 7,8 проводился комплексный анализ: регистрация сейсмической активности и высота подъема глубинных газов. До 2 декабря на сейсмоприемниках было отмечено начало форшоковой активизации, высота подъема глубинных газов над поверхностью земли достигала 150-250 м. 2 декабря форшоковая активизация отмечалась толчками с магнитудой до М=2, высота подъема глубинных газов достигала высоты до 450-700 м. 3 декабря форшоковая активизация отмечалась толчками с магнитудой М= 3-4, высота подъема глубинных газов достигла нижнего яруса атмосферы, порядка 1200 м. 4 декабря форшоковая активизация отмечалась толчками с магнитудой М=5,5, высота подъема глубинных газов достигла 3500 м. 5 декабря в месте толчка за 15 часов форшоковая активизация отмечалась толчками с магнитудой до М= 6, высота глубинных газов достигла высоты 5000 м. За 7 часов до главного толчка с магнитудой М=7,8 высота подъема глубинных газов равнялась 5200 м.

Экспериментально установлена зависимость высоты истечения глубинных газов от магнитуды. Эта зависимость приведена в таблице 3.

Таким образом, с учетом сейсморайонирования для каждой исследуемой территории сейсмического риска регистрируют высоту глубинных газов и по ней судят о сейсмической опасности.

Предлагаемый способ позволяет оценить истинные размеры территории, охваченные сейсмическим процессом, т.к. динамика глубинных газов является следствием динамики сейсмотектонических процессов в земной коре.

Использование: для краткосрочного прогнозирования сейсмической опасности. Сущность изобретения: предварительно отбирают пробы глубинных газов, определяют длину волны спектра глубинных газов из ряда: серосодержащие, метановые, галогенводородные, углекислые и водород путем определения линейного спектра поглощения света. Определяют высоту (h) их истечения от поверхности глубинных разломов путем регистрации на разных высотах с помощью спектрометра с набором фильтров, соответствующих длине волны спектра глубинных газов. О наличии сейсмической опасности судят при достижении величиной h значения высоты истечения глубинных газов, соответствующей магнитуде, определенной по данным сейсморайонирования. Определение высоты истечения глубинных газов производят с летательных аппаратов или с наземных устройств. В фильтрах спектрометра выполнены прорези, соответствующие длинам волн спектра глубинных газов. Технический результат: повышение эффективности прогнозирования сейсмической опасности. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ прогнозирования сейсмической опасности, включающий сейсморайонирование исследуемой территории с определением магнитуды и суждение о наличии сейсмической опасности, отличающийся тем, что предварительно отбирают пробы глубинных газов, определяют длину волны спектра глубинных газов из ряда серосодержащие, метановые, галогенводородные, углекислые и водород путем определения линейного спектра поглощения света и определяют высоту (h) их истечения от поверхности глубинных разломов путем регистрации на разных высотах с помощью спектрометра с набором фильтров, соответствующих длине волны спектра глубинных газов, а о наличии сейсмической опасности судят при достижении величиной h значения высоты истечения глубинных газов, соответствующей магнитуде, определенной по данным сейсморайонирования. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение высоты истечения глубинных газов производят с летательных аппаратов или с наземных устройств. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в фильтрах спектрометра выполнены прорези, соответствующие длинам волн спектра глубинных газов.