СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО АНОМАЛИЯМ ВАРИАЦИЙ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Российский патент 2015 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к области геофизики, а точнее к магниторазведке, и может быть использовано для обнаружения аномально высокого напряжения в земной коре при прогнозировании землетрясений и других опасных геодинамических процессов.

Известно [1], что многие геомагнитные изменения, предположительно связанные с землетрясениями, были получены из аномалий вековых, годовых, месячных и даже суточных геомагнитных вариаций (δT(t) во времени t).

Однако выбрать сравнительную базу для оценки аномалий очень трудно. Поэтому, когда вычисляют аномалии геомагнитных вариаций по разности вариаций на «рабочей» и «базовой» магнитовариационных станциях (МВС), то надежность таких аномалий зависит от правильного выбора места установки базовой МВС (БМВС).

Из известных способов наиболее близким является способ оценки аномальных вариаций по разности вариаций на двух магнитных обсерваториях. Однако требование соблюдения условий идентичности геоэлектрических свойств разрезов в местах установки обеих станций в классическом способе не выполняется. Поэтому в разности вариаций, например,

Δ₁₂(t)=δT₁(t)-δT₂(t)

будет находиться ошибка измерения ε₁₂; аномалии вариаций за счет напряженного состояния земной коры и аномалии вариаций за счет различия геоэлектрического разреза на «базовой» и «рабочей» станциях. Последние будут возникать на различных по проводимости разрезах и они будут еще и зависеть от частотного состава вариаций.

Очевидно, что связанные с геоэлетрическими разрезами обеих станций аномалии будут снижать надежность принятия решения по Δ₁₂(t). Поэтому от таких аномалий необходимо избавляться и лучше всего это сделать путем выбора мест для установки с помощью предлагаемого способа.

Примеры связи землетрясений с геофизическими параметрами

На связь геомагнитных изменений с землетрясениями указывают многие авторы. Например, Хитоси Мидзутани [1] для этой цели рассматривает аномалии вековых геомагнитных вариаций. Приводится пример аномальных вековых геомагнитных вариаций, обнаруженных при наблюдениях в г.Танабе (преф. Вакаяма) [3]. За период 1951-1960 гг. значение вековых вариаций на горизонтальной составляющей геомагнитного поля в городе Танабе составило 7 нТл в год, что гораздо больше, чем в городах Годзе (преф. Нара) и Такетойо (преф. Аити), расположенных дальше от эпицентра. Однако, начиная с 1966 года, вековые вариации в этих трех точках стали одинаковыми. Возможно, что изменение хода вековых вариаций в Танабе за 1960 -1966 гг. было вызвано двумя землетрясениями, произошедшими в 1961 и 1962 гг.

Показаны также области, где вековые вариации модуля геомагнитного поля были особенно велики (данные с 1970 г. ±2,5 года). К этим областям приурочены эпицентры землетрясений 1973 г.(у берегов по-ва Немуро, магнитуда 7, 4), 1970 г.(восточная часть преф. Акита, магнитуда 6,2) и 1974 г.(у берегов островов Идзу, магнитуда 6,9), а также на горе Ивате - действующем вулкане. Эти исследователи делают вывод: аномалии вариаций отражают уровень напряжений в земной коре.

Исследования характера протекания бухтообразных геомагнитных вариаций (ΔT_i) перед сильным Чимионским землетрясением (М=5,6, 06.05.1982 г.) на двух пунктах, расположенных на расстоянии 10 и 100 км от эпицентра, по сравнению с вариациями (ΔТо) на базовой обсерватории Янгибазар (расстояние от эпицентра 210 км) выполнено К.Н. Абдулабековым и С.Х. Максудовым [2]. Это, по-видимому, одно из ярких проявлений магнитовариационного краткосрочного предвестника, которое обнаружено благодаря близости (всего 10 км) пункта Чимион к происшедшему разрыву (по нашему мнению - оболочки очага). Более удаленный пункт Маданият на расстоянии 100 км от эпицентра слабее чувствует проработку оболочки очага. Наличие аномалии на удаленном пункте Маданият может свидетельствовать либо о проработке оболочки на вытянутом вдоль линии Маданият-Чимион оболочки очага, либо о проработке последнего в нескольких местах, либо о неглубокой проработке оболочки со стороны очага, затухающего по силе воздействия от пункта Чимион (в том числе будущий разрыв на расстоянии 10 км) до пункта Маданият. Привлекает в исследованиях К.Н.Абдулабекова и С.Х.Максудова то, что они рассматривают не аномалии вариаций, а отношение вариаций относительно удаленной (базисной, как это принято в разведочной геофизике) станции.

Региональные вариационные аномалии обусловлены, в основном, неоднородностями на таких глубинах, которые принадлежат способным к накоплению энергии объектам и характеризуют состояние последних. Исследование состояния этих объектов посредством наблюдения вариационных аномалий позволит осуществить мониторинг очаговых зон и выполнить по нему долгосрочный прогноз. Отдельные региональные аномалии, в основном поверхностные узкие, но протяженные, и локальные вариационные аномалии обусловлены процессами в оболочке очага и могут служить для мониторинга очаговой системы и, соответственно, использоваться для краткосрочного прогноза.

Сеть наблюдений для долгосрочного и краткосрочного прогноза по аномалиям вариаций геомагнитного поля состоит из пунктов для наблюдения за аномалиями и базисных станций.

Базисные (Б) станции (МВС, обсерватории, пункты векового хода (ПВХ) и др.) выбираются в зависимости от решаемой задачи. Для долгосрочного прогноза место для БМВС должно выбираться за пределами проекции очага на поверхность Земли. Если, к примеру, оцениваются аномалии суточного хода вариаций, то БМВС можно устанавливать на больших расстояниях в условиях однородного строения геологической среды, но на одной и той же широте, что и прогнозируемый очаг землетрясения.

Совсем по другому устанавливается базисная МВС для оценки аномалий -предвестников краткосрочного прогноза. Во-первых, для краткосрочного прогноза используется БМВС долгосрочного прогноза. Во-вторых, для краткосрочного прогноза требуется установить БМВС в пределах однородной среды, чтобы не выйти на локальную геолого-геофизическую неоднородность. Это может быть получено по результатам повторяющейся через некоторое время магнитной съемкой (например, через сутки) или магнитотеллурическим зондированием.

Сети рядовых вариационных наблюдений во многом похожи друг на друга в обоих прогнозах и это благоприятствует их использованию при осуществлении промежуточного среднесрочного прогноза.

Выбор места установки станций должен преследовать основную цель: найти такие два участка, в которых электрическая проводимость в зависимости от глубины практически одинакова. Это означает, что, к примеру, кривые магнитотеллурического зондирования (МТЗ) на обоих участках, одинаковые с точки зрения ошибки оценки проводимости. Иначе различие вариаций будет зависеть не только от напряжения в земной коре, но и от изменения частотного состава вариаций. В этом случае такую помеху нельзя будет отличить от аномалий за счет аномального напряжения в земной коре. Не потому ли так много ложных аномалий в рассматриваемом классическом способе.

Целью настоящего изобретения является выбор мест установки для наблюдений на базисной и рабочей (поисковой для аномальных вариаций), по разрезам на которых будет выполнятся мониторинг вариаций геомагнитного поля δТ₁ и δТ₂, разница которых во времени Δ₁₂(t)=δT₁(t)-δT₁(t) своими аномалиями будет отражать уровень

напряжения в земной коре и служить для мониторинга очаговой системы и, соответственно, для краткосрочного прогноза землетрясений.

Поставленная цель достигается такой системой выбора точек наблюдения вариаций δТ, при которой в местах предполагаемой установки МВС и БМВС предварительно выполняется съемка МТЗ, строятся геоэлектрические разрезы, выбираются идентичные кривые зависимости проводимости от глубины и в двух наиболее близких по МТЗ точках устанавливаются прогнозные станции МВС и БМВС, и по разности их показаний Δ₁₂(t) выделяют аномалии, например, по превышению Δ₁₂≥kσ_Δ, где k=1,…,3, σ_Δ - ошибка вычисления разности и/или средняя квадратическая разность при отсутствии аномалий. По аномалиям вариаций можно судить об изменениях напряженного состояния земной коры между МВС и БМВС, или в зоне МВС, а по величине аномалии - о вероятности надвигающегося события.

Список литературы

1. Асада Т., Исибаси К., Матсуда Т. И. др. Методы прогноза землетрясений. Под ред. Асада. Москва, Недра, 1984, 312 с.

2. Абдулабеков К.Н., Максудов С.Х. Исследование бухтообразных вариаций геомагнитного поля перед сейсмическими событиями. Докл. АН УзССР, 1989, №8, с.46-47.

3. Tazima М. Accuracy of recent magnetic survey and a locally anomalous behavior of the geomagnetic secular variation in Japon, Bull. Geogr. Surv. Inst. 13,1 (1968).

Изобретение относится к геофизике и предназначено для прогнозирования землетрясений по изменению напряженного состояния пород в зоне предполагаемого очага по аномалиям вариаций геомагнитного поля. Сущность: вариации магнитного поля измеряются на двух станциях - базисной и рабочей. На базовой станции и в районе установки второй станции проводят магнитотеллурическое зондирование. По его результатам выбирают места для установки второй станции по идентичности геоэлектрических свойств разреза с первой (базовой) станцией, например по максимальной корреляции графиков магнитотеллурического зондирования. Производят регистрацию вариаций геомагнитного поля на обеих станциях (δT₁ и δТ₂), вычисляют разность вариаций (Δ₁₂(t)=δT₁(t)-δT₂(t)). Выделяют вариационные аномалии, например, по превышению разности Δ₁₂≥kσ_Δ, где k=1,…,3, σ_Δ - среднее квадратическое значение без учета аномальных значений, по которым судят об интенсивности проявления геодинамических процессов на второй станции Технический результат: повышение надежности.

Способ прогнозирования геодинамических процессов по аномалиям вариаций геомагнитного поля Земли, содержащий две магнитовариационные станции, одна из которых (базовая) устанавливается в спокойном магнитном поле Земли вдали от промышленных помех и геодинамических проявлений (оползней, живущих разломов и др.), вторая - в заданных точках изучения геодинамических процессов, отличающийся тем, что на базовой станции и в районе установки второй станции проводят магнитотеллурическое зондирование, по результатам которого выбирают места для установки второй станции по идентичности геоэлектрических свойств разреза с первой (базовой) станцией (например, по максимальной корреляции графиков магнитотеллурического зондирования), производят регистрацию вариаций геомагнитного поля на обеих станциях (δT₁ и δТ₂), вычисляют разность вариаций (Δ₁₂(t)=δT₁(t)-δT₂(t)), выделяют вариационные аномалии (например, по превышению разности Δ₁₂≥kσ_Δ , где k=1,…,3, σ_Δ - среднее квадратическое значение без учета аномальных значений), по которым судят об интенсивности проявления геодинамических процессов на второй станции.