Способ прогнозирования землетрясений Советский патент 1985 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к геофизике в частности к технике исследования физических явлений, происходящих в земной коре, которые могут быть использованы при прогнозировании землетрясений в сейсмически активных районах.

Известен способ прогнозирования землетрясений, включающий измерения силы тяжести в наблюдательных скважинах ГJ

Однако в данном способе выбор мест расположения наблюдательных скважин на изучаемой площади осуществляют 15ез должного обоснования, вследствие чего снижается информативность способа и повышаются объемы бурения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ прогнозирования землетрясений, включающий разбивку профилей вкрест превалирующего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательньгх скважин на этих профилях, контроль изменений гидрогеохимических процессов

в скважинах и выявление предвестнико землетрясения L2 3«

Комплекс наблюдений нацелен на изучение режима подземных вод, т.е. того, как изменяются во времени содержания различных химических элементов, и соединений в пробах воды из скважин, уровни подземных вод и другие гидрогеохимические показатели режима, выступакяцие в данном случае качестве так называемых гидрогеохимических предвестников землетрясений по их специфическим изменениям судят о предстоящем зеилетрясении и прогнозируют его время. Места бурения наблюдательных скважин в этом способе выбирают еа основе анализа особенностей геологических, гидрогеологических и других условий. Однако наиболее малый недоучет таких условий приводит к тому, что скважииы в целя прогнозирования работают плохо, и возникает необходимость в бурении . новых скважин в других местах, изза чего происходит потеря времени и требуются значительные дополнительные затраты средств. Часто скважины, расположенные иа расстоянии нескольких десятков метров одна от другой, резко различаются по степени информативности при прогнозировании землетрясений, что наиболее наглядно иллюстрирует лишние объемы дорогостоящего бурения.

Цель изобретения - повьяпение эф фективности способа путем сокращения объема бурения за счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу прогнозирования землетрясений, включающему разбивку профилей вкрест преволирующего простирания тектонических нарушений и раломов земной коры, бурение наблюдательных скважин иа зтих профилях, контроль изменений гидрогеохимически процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения, до бурения по каждому профилю выполняют гравиметрическую съемку при не менее чем трех различных атмосферных давлениях, выделяют неприливные измеие.ния силы тяжести и по превыщению ими фоновых значений выбирают места бурения наблюдательных скважин.

Физической основой способа является изменение напряженного состояни массива горной породы. В соответствии с современными

представлениями о механизме замлетрясёний, когда величина напряжений

превышает предел упругой деформации пород, начинается наиболее интенсивное образование микротрещин, а вслед за этим и дилатансия (т.е. увеличение единичного объема пород ). В образующиеся трещины проникают подземные воды и получают допоиительные порции растворенных веществ. Все это изменяет плотностные характеристики среды, обуславливая появлеиие неприлив{1ых изменений силы тяжести, и ведет к изменению режима подземных вод давая возможность по иаблюдениям за ними получать предвестииковую информацию о готовящемся землетрясении.

С очагом готовящегося землетрясения .подземные воды связаны прежде всего через разломы и тектонические иарушеийя. Однако далеко ие все подобные разрывные структуры даже в сейсмически опасных районах ыог быть использованы для размещения наблюдательных скважин. Для. этого нужно найти так называемые активные разрывные структуры, которые в предлагаемом способе выделяются по иеприливиым изменениям силы тяжести. 3 в активных разрывных структурах, сложенных породами повышенной прони цаемости и представляющих собой ослабленные участки земной коры, ре жим подземных вод наиболее значительно изменяется под влиянием изменяющихся напряжений, отражая процессы в очаге готовящегося землетрясения. Чтобы при картировании активных разрывных структур не дожидаться, когда они проявят себя неприливными изменениями силы тяжести, обусловленными механизмом готовящегося зем летрясения, нужно найти какую-то внешнюю силу, также приводящую к не риливным изменениям сипы тяжести над ними. Такой силой в предлагаемом способе является атмосферное давление. Экспериментально установлено, что для уверенного картирования активных разрывных структур по неприливным изменениям силы тяжести необходимо провести не менее трех рейсов гравиметрических наблюдений. Причем первый из рейсов выполняется при любом атмосферном давлении, а последующие в дни, отличаклциеся от первого и между собой по среднему атмосферному давлению не менее, чем на 0,4% от среднего атмосферного давления во время первого рейса.При этом условии наблюдаемая величина непсиливных изменений силы тяжести в несколько раз превьшает.погрешность измерений достигаемую пои работах с современными гравиметрами (±0,01 мГал) т.е. они выделяют ся уверенно. По мере совершенствования гравиметрической аппаратуры (снижение пог решности измерений) принятое относительное различие дней выполнения гра виметрических наблюдений по атмосфер ному давлению будет снижаться. Требо вание о количестве рейсов гравиметрической съемки (не менее трех) исхо дит из того, что наименьшей статисти чески оправданной величиной может быть величина, полученная не менее, чем по трем опытам. Гравитационное воздействие атмосфе1И 1 (разное при разном атмосфер ном давлении) исключается методикой наблюдений. Последняя предусматривае возвращение на опорный пункт в процессе гравиметрических рейсов не реже, чём через каждые 30 мин. 874 время атмосферное давление рёдко изменяется больше, чем на 5 Па, что мо.жет увеличить погрешность измерений всего на величину около 0,000006 мГал. Использование атмосферного давления Б качестве внешней силы основано на представлении о том, что его изменение также должно отражаться на изменении плотностных характеристик среды, выполняющей активные разрывные структуры, приводя к возникновению неприливных изменений силы тяжести над такими структурами. Среда, вьтолняющая активные разрывные структуры, уже нарушена тектоническим процессом (дробленые, перемятые, измененные породы). Изменяющее во времени атмосферное давление, дополнительно воздействуя на нарушенную среду, ведет к неоднократной смене и повторяемости деформаций, что усиливает изменение плотности, так как нарушенные породы при прочих равных условиях деформируются больше. Длина-профилей, на которых выбираются места для бурения, в зависимости от геологических и других условий может варьировать от нескольких десятков метров до нескольких кипометров, а расстояние между ними от единиц километров до десятков кипометров, т.е. при реализации предложенного способа гравиметрическими рейсами поочередно могут отрабатываться профипи (или их интервалы) со средней длиной 1,5 - 2 км. Это надо учитывать, оценивая влияние уровня грунтовых вод как возможного мешающего фактора. Изменение положения уровня грунтовых вод происходит примерно одновременно и одинаково на значительной территории, обычно сожержащей и столь короткие профили, и опорный пункт, по отношению к которому измеряют силу тяжести. При зтом условии уровень грунтовых вод выступает в качестве регионального фактора, который иногда может чрезвычайно мало (в пределах первых тысячных долей мГал) сказаться на измеряемой силе тяжести как на величине относительной. Если такое влияние и имеет место, то оно изменяет общий уровень сипы тяжести в том или ином рейсе, что не отражается на конечном результате интерпретации. Из-за сложного механизма подготовки землетрясений рассчитать теоретически величину неприливных изме нений силы -тяжести, которые будут им обусловлены, трудно. Экспериментальные данные показывают, что она достигает ±0,1 - 0,2 мГал, однако зависит от местоположения опорного пункта, по отношению к которому ве-дутся все измерения, выполняемые с помощью относительных приборов-гравиметров. Таким образом, предложе- ние использовать информацию о неприливных изменениях силы тяжести пр прогнозировании землетрясений для размещения наблюдательных скважин основано на зависимости контрастное ти изменения гидрогеохимических предвестников землетрясений от величины непрйливных изменений силы тяжести. На чертеже показана схема проведения способа. На профильной линии 1 показаны пункты 2 измерений, в которых проведено не менее трех рейсов гравиметрических измерений. Данные измерений и последукяцих статистических вычислений нанесены на график в виде кривой 3, характеризующей величину неприпивных изменений силы тяжести (величину d )БДоль-профильной линии 1, и в виде горизонтальных ли ний А и 5, характеризующих утроенну погрещность измерений и фон для отдельных частей кривой 3. Линии 4 и показывают интервалы профильной линии 1, где неприпивные изменения силы тяжести превьшают ка утроенную погрешность измерений, та и фон, перспективные для бурения наблюдательных скважин 7. и :..-...Гг неперспективные для этого интерва ё Прогнозирование землетрясений осуществляют следующим образом. В сейсмически активиом районе на участке, где по комплексу геологических, гидрогеологических и других данных предполагается разместить иа лиздательные скважины, намечают отдельные профильные линии и пункты измерений на иих. При этом профильные линии располагают вкрест превалирующего простираиия зон разломов и тектонических нарушений, а рассто яние между пуиктйми измерений выбирают из расчета, чтобы на них можио быпо получить информацию об основны пересекаемых профильными линиями, элементах тектонической структуры (зоны разломов, тектонические нарушения, отдельные блоки пород и т.д.). Затем на пунктах измерений в различающиеся между собой на 0,4% по атмосферному давлению дни проводят не менее трех рейсов гравиметрическихизмерений, по которым судят о величине неприливных изменений :илы тяжести. Силу тяжести измеряют с помощью гравиметра (гравиметров) по отнощению к одному опорному пункту,- вынесенному за пределы профильных линий и расположенному на площади пород, наименее нарушенных тектоническими нарушениями и зонами разломов, а также не затронутых экзогенными геологическими процессами. Чтобы снизить погрешность измерений и одновременно свести к допустимому минимуму влияние периодических изменений силы тяжести, обусловленных воздействием Луны и Солнца, продолжительность звеньев в каждом рейсе делают не более 30 мин. По данным каждого рейса вычисляют наблюдаемые значения силы тяжести, и, используя повторные измерения в рейсе, оценивают среднеквадратическую погрешность определения этих значений. Последняя является осйовным критерием оценки точности аномалии силы тяжести, так как поправки Буге, и нормальный градиент, влияние рельефа в наблюдаемые значения силы тяжести не вносят. Эти факторы могут привести к ошибке в величине неприливных изменений силы тяжести около 0,0001 мГал, что на два порядка ниже погрешности определения наблюдаемых значений силы тяжести в рейсах, которая в данном случае должна составлять 0,02 0,025 мГап. После этого определяют величину непреливных изменений силы тяжести в пунктах измерений на профильных линиях и выбирают места расположения наблюдательных скважин. Для-определения величины неприливших изменеиий силы тяжести вычисляют средиеквадратическое отклонение наблюдаемых значений силы тяжести (и) на каждом пункте измереиий, используя для этого значения из всех рейсов, а затем строят график этой величины по профилю. Места расположения иаблкщательиых скважин выбирают в пределах интервалов , где величина иеприливных изменений силы тяжести, характериэуюцаяся величиной 6 , превышает значения (с на горизонтальных линиях, представляю|цих утроенную погрешность измерений и средний уровень (фон). На выбранных таким образом, местах бурят скважины и проводят, в них комп леке наблюдений за гидрогеохимическими предвестниками землетрясений.По характерным изменениям гидрогеохимических предвестников судят о готовящемся землетрясении и о времени, когг да оно произойдет. Эффективность предлагаемого способа иллюстрируется таблицей, где на примере сопоставления данных по наблюдательной скважине 7, расположенной в интервале 6 профильной линии , с данными по скважине 8, находящейся вне интервала 6 профильной 2о линии 1, показана зависимость контГидр о ге охимич е ский предвестник землетрясений

Общая минерализация. 1

Среднеквадратическое отклонение величины предвестника в пробах воды из скважины 78 , растности изменения общей минерализации проб воды и нескольких других гидрохимических предвестников от величины неприливных изменений силы тяжести. Контрастность изменения каждого из приведенных в таблице гидрохимических предвестников характеризуется среднеквадратическим отклонением их величины в пробах воды из скважии 7 и 8. СреднекваДратическое отклонение вычислено на основании опробования этих скважин в течение года при ненарушенном режиме подзем1&1х вод. Таким образом, повышается эффек тивность прогноза землетрясений пу тем сокращения объема бурения за счет увеличения прогнозиой информативности наблюдательных скважин.

СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, включающий разбивку профилей вкрест превалирующего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных скважин на этих профипях, контроль измерений гидрогеохимических процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения, отличающийся тем, что, с целью пов1лпения эффективности способа путем сокращения объема бурения за счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин, до бурения по каждому профилю выполняют гравиметрическую съемку при не менее чем трех различных ат мосферных давлениях, выделяют неприливные изменения силы тяжести и по превышению ими фоновых значений выбирают места бурения наблюдательных скважин. ,