СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦУНАМИ Российский патент 2009 года по МПК G01V9/00 

Предлагаемое изобретение относится к сейсмологии и рассматривается во взаимодействии с подводным землетрясением, очаг которого образуется вдоль зоны контакта литологических плит в момент их проскальзывания и предназначен для определения координат очага землетрясения при регистрации сейсмических волн. В основу способа положена сформулированная теорема о вращающейся прямой вокруг центра равностороннего треугольника. Способ заключается в том, что устанавливают в горизонтальной плоскости на земной поверхности в сейсмичной зоне на берегу на коренных породах сейсмоприемники в вершинах равностороннего треугольника со стороной "1", равной менее 1000 мм, определяют в этой породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют скорости продольной волны Vp и поперечной - Vs, принимают сейсмические сигналы от очага землетрясения, измеряют временные задержки t1, t2 и t3 прихода сейсмосигнала от очага к сейсмоприемникам, определяют для двух малых временных задержек угол φ₂ и φ₃ между нормалью к фронту волны, проходящей через центр треугольника, и заданным началом отсчета (биссектриса угла А) по соотношениям (фиг.1)

и

определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения

по формуле

φ=(φ₂+φ₃)/2,

определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по формуле:

определяют угол места β гипоцентра из выражения

определяют дальность d_гц до гипоцентра по формуле

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р,

определяют дальность d_эц до эпицентра по формуле

d_эц=d_гцcosβ,

определяют глубину гипоцентра h по формуле

h=d_гцsinβ.

Известен способ определения координат очага землетрясения (Гир Дж., Шах X. Зыбкая твердь. - М.: Мир, 1988. - с.91), заключающийся в том, что по временам прихода волн Р и S сейсмологи, зная скорости распространения этих волн в данном регионе, могут рассчитать расстояние от места установки приборов (сейсмоприемников) до гипоцентра землетрясения. После того как для нескольких сейсмостанций (не менее трех) определено расстояние до гипоцентра, можно определить координаты гипоцентра и эпицентра.

Основными недостатками способа являются: сейсмические станции расположены на больших расстояниях друг от друга, поэтому для сбора информации и выполнения расчетов требуется время, т.е. низкая оперативность; низкая точность определения координат очага, ошибка 10 км и более, указывает академик РАЕН Шебалин Н.В. (Сильные землетрясения. - М.: Академия горных наук, 1997, - с.1581).

Наиболее близким по технической сущности является патент РФ №2284046 «Способ определения местоположения гипоцентра и эпицентра афтершока (землетрясения)».

Способ реализуется следующими операциями. Определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют в породе скорости V_p и V_s продольной и поперечной волн, принимают сейсмосигналы от землетрясения, измеряют в вершинах треугольника временные задержки t1, t2 и t3 с помощью тактовых электрических импульсов, вводят временные задержки в память вычислителя, определяют для двух малых временных задержек угол φ₂ и φ₃ между нормалью к фронту волны и заданным началом отсчета (биссектриса угла А треугольника) по соотношениям

и

определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения по формуле

φ=(φ₂+φ₃)/2,

определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по любой из формул

определяют угол места β на гипоцентр по одной из формул

определяют дальность d_гц до гипоцентра по формуле

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р,

определяют дальность d_эц до эпицентра по формуле

d_эц=d_гцcosβ,

определяют глубину гипоцентра h по формуле

h=d_гцsinβ.

На фиг.2 представлена схема устройства, реализующая способ.

Схема содержит три канала приема сейсмосигнала от землетрясения. Каждый канал состоит из последовательно соединенных сейсмоприемника 1, усилителя 2, компаратора 3, триггера 4 и счетчика 5. Схема также содержит схему совпадения 6, включенную параллельно триггерам 4, генератор тактовых импульсов 7, подключенный к счетчикам 5, мультиплексор 8, подключенный к выходам счетчиков 5 и к входу ЭВМ 9, измерительный блок 10, включенный к выходу усилителя 2 и входу ЭВМ 9.

Схема работает следующим образом.

Предположим, при землетрясении с направлением А сигнал достигает сейсмоприемника 1 среднего канала, усиливается усилителем 2 и поступает на компаратор 3. Если сигнал по уровню больше порога срабатывания компаратора 3, то он проходит и опрокидывает триггер 4, при этом включается счетчик 5. Одновременно с триггера 4 сигнал подается на схему 6 совпадения. Счетчик начинает считать импульсы, поступающие с генератора 7. Через некоторое время сигнал от землетрясения достигает второго сейсмоприемника 1 (левый канал). При этом в левом канале, как и в предыдущем случае, срабатывают аналогичные элементы и счетчик 5 левого канала тоже начинает считать импульсы, поступающие с генератора 7. С приходом сигнала от землетрясения к третьему сейсмоприемнику 1 срабатывают все элементы этого канала. При срабатывании триггера 4 этого канала на выходе схемы 6 совпадения одновременно присутствуют три сигнала, схема 6 совпадения срабатывает. При этом от ее выходного сигнала триггеры возвращаются в исходное состояние, счетчики 5 прекращают считать импульсы, а ЭВМ 9 через мультиплексор 8 считывает показания счетчиков 5, вычисляет пеленг источника сейсмических колебаний и запоминает результат. С выхода усилителя 2 одного из каналов сигнал поступает на вход измерительного блока 10, который измеряет величину амплитуды и период по принципу аналого-цифрового преобразования и передает результат в ЭВМ 9 для регистрации.

На фиг.3 показана схема элементов одного из вариантов способа на земной поверхности, включающая треугольник 1 в вертикальной плоскости, треугольник 2 в горизонтальной плоскости, гипоцентр 3, эпицентр 4, глубину 5 гипоцентра (очага), нормаль 6 к фронту сейсмоволны, угол места 7 гипоцентра, сторону 8 треугольника, временные задержки 9. Поставленная цель достигается тем, что способ определения координат гипоцентра (очага) и эпицентра землетрясения заключается в том, что устанавливают в горизонтальной плоскости на земной поверхности в сейсмичной зоне на коренных породах сейсмоприемники в вершинах равностороннего треугольника со стороной "1", равной менее 1000 мм, ориентируют треугольник так, чтобы вершина А начала отсчета была направлена в сторону возможного проявления эпицентра землетрясения, определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют временные задержки t₁, t₂ и t₃ прихода сейсмосигнала от землетрясения к сейсмоприемникам, определяют для двух малых временных задержек угол φ₂ и φ₃ между нормалью к фронту волны, проходящей через центр треугольника и очаг землетрясения, и заданным началом отсчета по соотношениям.

Недостатки способа:

1. Не содержит информации об образовании по данному землетрясению волны цунами.

2. Не содержит устройства для определения волны цунами.

3. Не определяется информация, необходимая для достоверного и точного заявления о том, что «идет цунами»:

- максимальная амплитуда А_м,

- магнитуда Рихтера,

- сила давления волны,

- высота волны цунами при подходе к береговой линии,

- время прихода цунами к береговой линии.

Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности определения цунами.

Способ реализуется следующими операциями. Определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют в породе скорости V_p и V_s продольной и поперечной волн, принимают сейсмосигналы от землетрясения, измеряют в вершинах треугольника временные задержки t₁, t₂ и t₃ с помощью тактовых электрических импульсов, вводят временные задержки в память вычислителя, определяют для двух малых временных задержек угол φ₂ и φ₃ между нормалью к фронту волны и заданным началом отсчета (биссектриса угла А треугольника) по соотношениям

и

определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения по формуле

φ=(φ₂+φ₃)/2,

определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости по любой из формул

определяют угол места β на гипоцентр по одной из формул

определяют дальность d_гц до гипоцентра по формуле

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р, определяют дальность d_эц до эпицентра по формуле

d_эц=d_гцcosβ,

определяют глубину гипоцентра h по формуле

h=d_гцsinβ.

Для прогноза удара цунами выполняют следующие дополнительные операции:

1. Определяют максимальную амплитуду А_м в микронах для этого землетрясения, находят магнитуду Рихтера «М», при М>7 возможно цунами.

2. Выполняют проверку наличия волны цунами с помощью информации от устройства определения волны цунами, размещенного в океане вблизи контакта литологических плит (вблизи разлома земной коры).

3. Принимают и анализируют информацию от устройства на наличие волны цунами, распространяющейся в объеме от поверхности до дна океана со скоростью 700-900 км/ч.

4. Учитывают давление волны.

5. Определяют высоту ударной волны цунами при выходе на берег.

6. Вычисляют время прихода цунами к береговой линии и оповещают население «Идет цунами», наступит через N минут.

Определение волны цунами выполняют с помощью разработанного устройства.

Устройство определения волны цунами представлено на фиг.4. Оно содержит пьезоэлектрический датчик давления 1, прикрепленный к металлической пластине 10, которая прикреплена к якорному канату 2 на глубине не менее 20 м, один конец каната прикреплен к якорю 3, второй конец через блок 4 прикреплен к противовесу 5, а блок 4 укреплен на нижней плоскости пробкового круга 6, сверху на плоскости круга установлены радиопередатчик 7 и источник питания 8, радиопередатчик 7 соединен с выходом пьезоэлектрического датчика давления 1, к которому прикреплены с одной стороны усеченный конус 9, упирающийся вершиной в точку давления для надежного возбуждения электросигнала датчиком, а с другой стороны датчик крепится к металлической пластине 10, прикрепленной к якорному канату, к которой прикреплено вертикальное крыло 11 для поворота датчика навстречу распространяющейся волне цунами 12.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования цунами. Сущность: регистрируют сейсмические сигналы от землетрясений сейсмоприемниками, установленными в вершинах равностороннего треугольника на коренных горных породах. Определяют в этих породах время прохождения сейсмосигналом расстояния, равного стороне треугольника. Измеряют скорости продольной и поперечной волн в объеме горных пород расположения треугольника. Принимают сейсмические сигналы от землетрясений. Измеряют временные задержки. Определяют по двум малым временным задержкам азимутальные углы между нормалью к фронту сейсмоволны, проходящей через центр треугольника, очаг землетрясения, и заданным началом отсчета. Рассчитывают точный угол на эпицентр землетрясения, величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности), угол места гипоцентра, дальность гипоцентра, дальность до эпицентра, глубину гипоцентра. На сейсмостанции при помощи ЭВМ определяют максимальную амплитуду исследуемого подводного землетрясения в микронах или на сейсмограмме. Определяют с помощью номограммы магнитуду Рихтера (М). При М≥7 делают вывод о возможности цунами. Для подтверждения достоверности информации выполняют проверку наличия волны цунами с помощью информации, поступившей по радиоканалу от устройства определения волны цунами, размещенного в океане вблизи контакта литосферных плит или разлома земной коры. Причем принимают и анализируют информацию о волне, распространяющейся в объеме от поверхности до дна океана со скоростью 700-900 км/час. Учитывают силу давления волны. Определяют высоту волны цунами при подходе к береговой линии. Вычисляют время прихода цунами к береговой линии и оповещают население. Технический результат: повышение оперативности и достоверности определения цунами. 4 ил.

Способ определения цунами, основанный на контроле сейсмических сигналов, заключающийся в том, что на берегу, подлежащему охране от цунами, устанавливают сейсмостанции, регистрируют сейсмические сигналы от землетрясений с помощью сейсмоприемников, установленных в вершинах равностороннего треугольника на коренных горных породах, сторона которого l менее 1000 мм, определяют в этой породе время Т прохождения сейсмосигналом расстояния, равного стороне l треугольника, измеряют скорости продольной волны V_p и поперечной волны V_s в объеме горной породы расположения треугольника, принимают сейсмические сигналы от землетрясений, измеряют временные задержки t₁, t₂ и t₃, определяют по двум малым временным задержкам (грубо) азимутальные углы φ₂ и φ₃ между нормалью к фронту сейсмоволны, проходящей через центр треугольника, очаг землетрясения, и заданным началом отсчета (биссектриса угла А) по соотношениям и , определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения по формуле φ=(φ₂+φ₃)/2, определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по формуле , определяют угол места β гипоцентра из выражения , определяют дальность
d_гц до гипоцентра по формуле ,
где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р, определяют дальность d_эц до эпицентра по формуле d_эц=d_гцcosβ, определяют глубину гипоцентра h по формуле h=d_гцsinβ, отличающийся тем, что на сейсмостанции на ЭВМ определяют максимальную амплитуду А_м в микронах или на сейсмограмме исследуемого подводного землетрясения, определяют с помощью номограммы магнитуду Рихтера М и с учетом, что при М≥7 возможно цунами, для достоверности существования цунами выполняют проверку наличия волны цунами с помощью информации, поступившей по радиоканалу от устройства определения волны цунами, размещенного в океане вблизи контакта литологических плит или разлома земной коры, принимают и анализируют информацию от устройства об образовавшейся волне цунами, распространяющейся в объеме от поверхности до дна океана со скоростью 700-900 км/ч, учитывают силу давления волны, определяют «грубо» высоту волны цунами при подходе к береговой линии, вычисляют время прихода цунами к береговой линии и оповещают население «Идет цунами, наступит через N минут».